المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
زكاة الفطرة
2024-11-05
زكاة الغنم
2024-11-05
زكاة الغلات
2024-11-05
تربية أنواع ماشية اللحم
2024-11-05
زكاة الذهب والفضة
2024-11-05
ماشية اللحم في الولايات المتحدة الأمريكية
2024-11-05


Stieltjes Constants  
  
1766   06:30 مساءً   date: 4-2-2020
Author : Berndt, B. C.
Book or Source : "On the Hurwitz Zeta-Function." Rocky Mountain J. Math. 2
Page and Part : ...


Read More
Date: 12-8-2020 794
Date: 4-5-2020 594
Date: 26-7-2020 1116

Stieltjes Constants

Expanding the Riemann zeta function about z=1 gives

 zeta(z)=1/(z-1)+sum_(n=0)^infty((-1)^n)/(n!)gamma_n(z-1)^n

(1)

(Havil 2003, p. 118), where the constants

 gamma_n=lim_(m->infty)[sum_(k=1)^m((lnk)^n)/k-((lnm)^(n+1))/(n+1)]

(2)

are known as Stieltjes constants.

Another sum that can be used to define the constants is

 zeta(z+1)-1/z=sum_(k=0)^infty((-1)^kgamma_kz^k)/(k!).

(3)

These constants are returned by the Wolfram Language function StieltjesGamma[n].

A generalization gamma_n(a) takes gamma_n(a)/n! as the coefficient of (1-s)^n is the Laurent series of the Hurwitz zeta function zeta(s,a) about s=1. These generalized Stieltjes constants are implemented in the Wolfram Language as StieltjesGamma[na].

The case n=0 gives the usual Euler-Mascheroni constant

 gamma_0=gamma.

(4)

A limit formula for gamma_1 is given by

 gamma_1=-lim_(y->infty)y{y+I[zeta(1+i/y)]},

(5)

where I[z] is the imaginary part and zeta(z) is the Riemann zeta function.

An alternative definition is given by absorbing the coefficient of gamma_n into the constant,

(6)

(e.g., Hardy 1912, Kluyver 1927).

The Stieltjes constants are also given by

 gamma_n=lim_(z->1)[(-1)^nzeta^((n))(z)-(n!)/((z-1)^(n+1))].

(7)

StieltjesGammaStieltjesGammaLog

Plots of the values of the Stieltjes constants as a function of n are illustrated above (Kreminski). The first few numerical values are given in the following table.

n OEIS gamma_n
0 A001620 0.5772156649
1 A082633 -0.07281584548
2 A086279 -0.009690363192
3 A086280 0.002053834420
4 A086281 0.002325370065
5 A086282 0.0007933238173

StieltjesGammaSignRuns

Briggs (1955-1956) proved that there infinitely many gamma_n of each sign. The signs of gamma_n for n=0, 1, ... are 1, -1-1, 1, 1, 1, -1-1-1-1, ... (OEIS A114523), and the run lengths of consecutive signs are 1, 2, 3, 4, 3, 4, 5, 4, 5, 5, 5, ... (OEIS A114524). A plot of run lengths is shown above.

Berndt (1972) gave upper bounds of

 |gamma_n|<{(4(n-1)!)/(pi^n)   for n even; (2(n-1)!)/(pi^n)   for n odd.

(8)

However, these bounds are extremely weak. A stronger bound is given by

 |gamma_n|<10^(-4)e^(nlnlnn)

(9)

for n>4 (Matsuoka 1985).

Vacca (1910) proved that the Euler-Mascheroni constant may be expressed as

 gamma=sum_(k=1)^infty((-1)^k)/k|_lgk_|,

(10)

where |_x_| is the floor function and the lg function lgx=log_2x is the logarithm to base 2. Hardy (1912) derived the formula

 gamma_1=1/6(ln2)^2-1/2gammaln2+1/(2ln2)sum_(k=1)^infty((-1)^k(lnk)^2)/k

(11)

from Vacca's expression.

Kluyver (1927) gave similar series for gamma_n valid for all n>1,

 gamma_n=n!(ln2)^nsum_(m=1)^(n+1)((-1)^(m-1))/(m!)sum_(k=1)^infty((-1)^k|_lgk_|^mB_(1+n-m)(lgk))/k,

(12)

where B_n(x) is a Bernoulli polynomial. However, this series converges extremely slowly, requiring more than 10^4 terms to get two digits of gamma_1 and many more for higher order gamma_n.

gamma_n can also be expressed as a single sum using

 gamma_n=((ln2)^n)/(n+1)sum_(k=1)^infty((-1)^k)/kB_(n+1)(lgk).

(13)

gamma_1 also appears in the asymptotic expansion of the sum

 sum_(n=1)^x1/nln(x/n)=1/2(lnx)^2+gammalnx-gamma_1+O(x^(-1)),

(14)

where gamma_1 was called -D and given incorrectly by Ellision and Mendès-France (1975) (and the error was subsequently reproduced by Le Lionnais 1983, p. 47). The exact form of (14) is given by

 sum_(n=1)^x1/nln(x/n)=H_xlnx+gamma_1(x+1)-gamma_1,

(15)

where H_x is a harmonic number and gamma_n(a) is a generalized Stieltjes constant.

A set of constants related to gamma_n is

 delta_n=lim_(m->infty)[sum_(k=1)^m(lnk)^n-int_1^m(lnx)^ndx-1/2(lnm)^n]

(16)

(Sitaramachandrarao 1986, Lehmer 1988).

The Stieltjes constants also satisfy the beautiful sum

 sum_(k=0)^infty(gamma_(k+n))/(k!)=(-1)^n[n!+zeta^((n))(0)]

(17)

(O. Marichev, pers. comm., 2008).


REFERENCES:

Berndt, B. C. "On the Hurwitz Zeta-Function." Rocky Mountain J. Math. 2, 151-157, 1972.

Bohman, J. and Fröberg, C.-E. "The Stieltjes Function--Definitions and Properties." Math. Comput. 51, 281-289, 1988.

Briggs, W. E. "Some Constants Associated with the Riemann Zeta-Function." Mich. Math. J. 3, 117-121, 1955-1956.

Coffey, M. W. "New Results on the Stieltjes Constants: Asymptotic and Exact Evaluation." J. Math. Anal. Appl. 317, 603-612, 2006.

Coffey, M. W. "New Summation Relations for the Stieltjes Constants." Proc. Roy. Soc. A 462, 2563-2573, 2006.

Ellison, W. J. and Mendès-France, M. Les nombres premiers. Paris: Hermann, 1975.

Finch, S. R. "Stieltjes Constants." §2.21 in Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 166-171, 2003.

Hardy, G. H. "Note on Dr. Vacca's Series for gamma." Quart. J. Pure Appl. Math. 43, 215-216, 1912.

Hardy, G. H. and Wright, E. M. "The Behavior of zeta(s) when s->1." §17.3 in An Introduction to the Theory of Numbers, 5th ed. Oxford, England: Clarendon Press, pp. 246-247, 1979.

Havil, J. Gamma: Exploring Euler's Constant. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2003.

Kluyver, J. C. "On Certain Series of Mr. Hardy." Quart. J. Pure Appl. Math. 50, 185-192, 1927.

Knopfmacher, J. "Generalised Euler Constants." Proc. Edinburgh Math. Soc. 21, 25-32, 1978.

Kreminski, R. "Newton-Cotes Integration for Approximating Stieltjes (Generalized Euler) Constants." Math. Comput. 72, 1379-1397, 2003.

Kreminski, R. "This Site Will Archive Some Stieltjes-Related Computational Work..." http://www.tamu-commerce.edu/math/FACULTY/KREMIN/stieltjesrelated/.

Kreminski, R. "This Page Displays Work in Progress by Rick Kreminski." http://www.tamu-commerce.edu/math/FACULTY/KREMIN/stieltjes/stieltjestestpage.html.

Kreminski, R. "Gammas 1 to 12 to 6900 Digits." http://www.tamu-commerce.edu/math/FACULTY/KREMIN/stieltjesrelated/gammas1to12/.

Lammel, E. "Ein Beweis dass die Riemannsche Zetafunktion zeta(s) is |s-1|<=1 keine Nullstelle besitzt." Univ. Nac. Tucmán Rev. Ser. A 16, 209-217, 1966.

Le Lionnais, F. Les nombres remarquables. Paris: Hermann, p. 47, 1983.

Lehmer, D. H. "The Sum of Like Powers of the Zeros of the Riemann Zeta Function." Math. Comput. 50, 265-273, 1988.

Liang, J. J. Y. and Todd, J. "The Stieltjes Constants." J. Res. Nat. Bur. Standards--Math. Sci. 76B, 161-178, 1972.

Matsuoka, Y. "Generalized Euler Constants Associated with the Riemann Zeta Function." In Number Theory and Combinatorics. Japan 1984 (Tokyo, Okayama and Kyoto, 1984). Singapore: World Scientific, pp. 279-295, 1985.

Plouffe, S. "Stieltjes Constants from 0 to 78, to 256 Digits Each." http://pi.lacim.uqam.ca/piDATA/stieltjesgamma.txt.

Sitaramachandrarao, R. "Maclaurin Coefficients of the Riemann Zeta Function." Abstracts Amer. Math. Soc. 7, 280, 1986.

Sloane, N. J. A. Sequences A001620/M3755, A082633, A086279, A086280, A086281, A086282, A114523, and A114524 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Vacca, G. "A New Series for the Eulerian Constant." Quart. J. Pure Appl. Math. 41, 363-368, 1910.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.