1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : نظرية الاعداد :

Tau Function

المؤلف:  Andrews, G. E.; Berndt, B. C.; and Rankin, R. A.

المصدر:  Ramanujan Revisited: Proceedings of the Centenary Conference, University of Illinois at Urbana-Champaign, June 1-5, 1987 New York: Academic Press, 1988.

الجزء والصفحة:  ...

22-8-2020

1118

Tau Function

 TauFunction

A function tau(n) related to the divisor function sigma_k(n), also sometimes called Ramanujan's tau function. It is defined via the Fourier series of the modular discriminant Delta(tau) for tau in H, where H is the upper half-plane, by

 Delta(tau)=(2pi)^(12)sum_(n=1)^inftytau(n)e^(2piintau)

(1)

(Apostol 1997, p. 20). The tau function is also given by the Cauchy product

tau(n) = 8000<span style={(sigma_3 degreessigma_3) degreessigma_3}(n)-147(sigma_5 degreessigma_5)(n)" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/TauFunction/Inline8.gif" style="height:15px; width:236px" />

(2)

= (65)/(756)sigma_(11)(n)+(691)/(756)sigma_5(n)-(691)/3sum_(k=1)^(n-1)sigma_5(k)sigma_5(n-k),

(3)

where sigma_k(n) is the divisor function (Apostol 1997, pp. 24 and 140), sigma_3(0)=1/240, and sigma_5(0)=-1/504.

The tau function has generating function

G(x) = sum_(n=1)^(infty)tau(n)x^n

(4)

= xproduct_(n=1)^(infty)(1-x^n)^(24)

(5)

= x(x)_infty^(24)

(6)

= x-24x^2+252x^3-1472x^4+4830x^5-6048x^6+...

(7)

= x(1-3x+5x^3-7x^6+...)^8,

(8)

where (q)_infty=(q;q)_infty is a q-Pochhammer symbol. The first few values are 1, -24, 252, -1472, 4830, ... (OEIS A000594). The tau function is given by the Wolfram Language function RamanujanTau[n].

The series

 f(s)=sum_(n=1)^infty(tau(n))/(n^s),

(9)

is known as the tau Dirichlet series.

Lehmer (1947) conjectured that tau(n)!=0 for all n, an assertion sometimes known as Lehmer's conjecture. Lehmer verified the conjecture for n<214928639999 (Apostol 1997, p. 22). The following table summarizes progress on finding successively larger values of n for which this condition holds.

n reference
3316799 Lehmer (1947)
214928639999 Lehmer (1949)
10^(15) Serre (1973, p. 98), Serre (1985)
1213229187071998 Jennings (1993)
22689242781695999 Jordan and Kelly (1999)
22798241520242687999 Bosman (2007)

Ramanujan gave the computationally efficient triangular recurrence formula

 (n-1)tau(n)=sum_(m=1)^(b_n)(-1)^(m+1)(2m+1)×[n-1-9/2m(m+1)]tau(n-1/2m(m+1)),

(10)

where

 b_n=1/2(sqrt(8n+1)-1)

(11)

(Lehmer 1943; Jordan and Kelly 1999), which can be used recursively with the formula

 tau(p^n)=sum_(j=0)^(|_n/2_|)(-1)^j(n-j; n-2j)p^(11j)[tau(p)]^(n-2j)

(12)

(Gandhi 1961, Jordan and Kelly 1999).

Ewell (1999) gave the beautiful formulas

tau(4n+2)=-3sum_(k=1)^(2n+1)2^(3b(2k))sigma_3(Od(2k))

(13)

 ×sum_(j=0)^(4n-2k+2)(-1)^jr_8(4n+2-2k-j)r_8(j)

(14)

sum_(k=1)^(n)2^(3b(2k))sigma_3(Od(2k))

(15)

 ×sum_(j=0)^(2n+1-2k)(-1)^jr_8(2n+1-2k-j)r_8(j)=0

(16)

tau(4m)=-2^(11)tau(m)-3sum_(k=1)^(2m)2^(3b(2k))sigma_3(Od(2k))

(17)

 ×sum_(j=0)^(4m-2k)(-1)^jr_8(4m-2k-j)r_8(j)

(18)

tau(2n+1)=sum_(k=1)^(2n+1)2^(3[b(2k)-1])sigma_3(Od(2k))

(19)

 ×sum_(j=0)^(2n+2-2k)(-1)^jr_8(3n+2-2k-j)r_8(j),

(20)

where b(n) is the exponent of the exact power of 2 dividing nOd(n) is the odd part of nsigma_k(n) is the divisor function of n, and r_k(n) is the sum of squares function.

For prime p,

 tau(p^(n+1))=tau(p)tau(p^n)-p^(11)tau(p^(n-1))

(21)

for n>=1, and

 tau(p^alphan)=tau(p)tau(p^(alpha-1)n)-p^(11)tau(p^(alpha-2)n)

(22)

for alpha>=2 and (n,p)=1 (Mordell 1917; Apostol 1997, p. 92).

Ramanujan conjectured and Mordell (1917) proved that if , then

(23)

(Hardy 1999, p. 161). More generally,

(24)

which reduces to the first form if  (Mordell 1917; Apostol 1997, p. 93).

Ramanujan (1920) showed that

tau(2n)=0 (mod 2)

(25)

tau(3n)=0 (mod 3)

(26)

tau(5n)=0 (mod 5)

(27)

(Darling 1921; Wilton 1930),

 tau(7n+m)=0 (mod 7)

(28)

for m=0 or one the quadratic non-residues of 7, i.e., 3, 5, 6, and

 tau(23n+m)=0 (mod 23)

(29)

for one the quadratic non-residues of 23, i.e., 5, 7, 10, 11, 14, 15, 17, 19, 20, 21, 22 (Mordell 1922; Wilton 1930). Ewell (1999) showed that

 tau(4n)=tau(n) (mod 3).

(30)

Ramanujan conjectured and Watson proved that tau(n) is divisible by 691 for almost all n, specifically

 tau(n)=sigma_(11)(n) (mod 691),

(31)

where sigma_k(n) is the divisor function (Wilton 1930; Apostol 1997, pp. 93 and 140; Jordan and Kelly 1999), and 691 is the numerator of the Bernoulli number B_(12).

Additional congruences include

tau(n) = sigma_(11)(n) (mod 2^8) for n odd

(32)

tau(n) = n^2sigma_7(n) (mod 3^3)

(33)

tau(n) = nsigma_9(n) (mod 5^2)

(34)

tau(n) = nsigma_3(n) (mod 7)

(35)

tau(n) = sigma_(11)(n) (mod 691)

(36)

tau(n) = <span style={sigma_(11)(n) (mod 2^(11)) if n=1 (mod 8); 1217sigma_(11)(n) (mod 2^(13)) if n=3 (mod 8); 1537sigma_(11)(n) (mod 2^(12)) if n=5 (mod 8); 705sigma_(11)(n) (mod 2^(14)) if n=7 (mod 8)" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/TauFunction/Inline85.gif" style="height:106px; width:235px" />

(37)

tau(n) = n^(-610)sigma_(1231)(n)<span style={ (mod 3^6) if n=1 (mod 3); (mod 3^7) if n=2 (mod 3)" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/TauFunction/Inline88.gif" style="height:52px; width:244px" />

(38)

tau(n) = n^(-30)sigma_(71)(n) if GCD(n,5)=1

(39)

tau(n) = nsigma_9(n)<span style={ (mod 7) if n=0, 1, 2, or 4 (mod 7); (mod 7^2) if n=3, 5, or 6 (mod 7)" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/TauFunction/Inline94.gif" style="height:46px; width:279px" />

(40)

tau(p) = <span style={0 (mod 23) if (p/23)=-1; 2 (mod 23) if p=u^2+23v^2 with u!=0, v; -1 (mod 23) for other p!=23," src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/TauFunction/Inline97.gif" style="height:64px; width:263px" />

(41)

where sigma_k(n) is the divisor function (Swinnerton-Dyer 1988, Jordan and Kelly 1999).

tau(n) is almost always divisible by 2^5·3^3·5^2·7^2·23·691 according to Ramanujan. In fact, Serre has shown that tau(n) is almost always divisible by any integer (Andrews et al. 1988).

The summatory tau function is given by

(42)

Here, the prime indicates that when x is an integer, the last term tau(x) should be replaced by 1/2tau(x).


REFERENCES:

Andrews, G. E.; Berndt, B. C.; and Rankin, R. A. (Eds.). Ramanujan Revisited: Proceedings of the Centenary Conference, University of Illinois at Urbana-Champaign, June 1-5, 1987 New York: Academic Press, 1988.

Apostol, T. M. Modular Functions and Dirichlet Series in Number Theory, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, 1997.

Charles, C. D. "Computing the Ramanujan Tau Function." https://www.cs.wisc.edu/~cdx/.

Darling, H. B. C. Proc. London Math. Soc. 19, 350-372, 1921.

Ewell, J. A. "New Representations of Ramanujan's Tau Function." Proc. Amer. Math. Soc. 128, 723-726, 1999.

Gandhi, J. M. "The Nonvanishing of Ramanujan's tau-Function." Amer. Math. Monthly 68, 757-760, 1961.

Hardy, G. H. "Ramanujan's Function tau(n)." Ch. 10 in Ramanujan: Twelve Lectures on Subjects Suggested by His Life and Work, 3rd ed. New York: Chelsea, pp. 63 and 161-185, 1999.

Jennings, D. Ph.D. thesis. Southampton, 1993.

Jordan, B. and Kelly, B. III. "The Vanishing of the Ramanujan Tau Function." Preprint, 12 Mar 1999.

Keiper, J. "On the Zeros of the Ramanujan tau-Dirichlet Series in the Critical Strip." Math. Comput. 65, 1613-1619, 1996.

LeVeque, W. J. §F35 in Reviews in Number Theory 1940-1972. Providence, RI: Amer. Math. Soc., 1974.

Lehmer, D. H. "Ramanujan's Function tau(n)." Duke Math. J. 10, 483-492, 1943.

Lehmer, D. H. "The Vanishing of Ramanujan's Function tau(n)." Duke Math. J. 14, 429-433, 1947.

Moreno, C. J. "A Necessary and Sufficient Condition for the Riemann Hypothesis for Ramanujan's Zeta Function." Illinois J. Math. 18, 107-114, 1974.

Mordell, L. J. "On Mr. Ramanujan's Empirical Expansions of Modular Functions." Proc. Cambridge Phil. Soc. 19, 117-124, 1917.

Mordell, L. J. "Note on Certain Modular Relations Considered by Messrs Ramanujan, Darling, and Rogers." Proc. London Math. Soc. 20, 408-416, 1922.

Ramanujan, S. Proc. London Math. Soc. 18, 1920.

Ramanujan, S. "Congruence Properties of Partitions." Math. Z. 9, 147-153, 1921.

Serre, J.-P. A Course in Arithmetic. New York: Springer-Verlag, 1973.

Serre, J.-P. "Sur la Lacunatité des Puissances de eta." Glasgow Math. J. 27, 203-221, 1985.

Sivaramakrishnan, R. Classical Theory of Arithmetic Functions. New York: Dekker, pp. 275-278, 1989.

Sloane, N. J. A. Sequence A000594/M5153 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Spira, R. "Calculation of the Ramanujan Tau-Dirichlet Series." Math. Comput. 27, 379-385, 1973.

Stanley, G. K. "Two Assertions Made by Ramanujan." J. London Math. Soc. 3, 232-237, 1928.

Stanley, G. K. Corrigendum to "Two Assertions Made by Ramanujan." J. London Math. Soc. 4, 32, 1929.

Swinnerton-Dyer, H. P. F. "Congruence Properties of tau(n)." In Ramanujan Revisited: Proceedings of the Centenary Conference, University of Illinois at Urbana-Champaign, June 1-5, 1987 (Ed. G. E. Andrews, B. C. Berndt, and R. A. Rankin). New York: Academic Press, 1988.

Watson, G. N. "Über Ramanujansche Kongruenzeigenschaften der Zerfällungsanzahlen." Math. Z. 39, 712-731, 1935.

Wilton, J. R. "Congruence Properties of Ramanujan's Function tau(n)." Proc. London Math. Soc. 31, 1-17, 1930.

Yoshida, H. "On Calculations of Zeros of L-Functions Related with Ramanujan's Discriminant Function on the Critical Line." J. Ramanujan Math. Soc. 3, 87-95, 1988.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي