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Demostración del triple producto de Jacobi utilizando la notación de Ramanujan

Inspirado por esta prueba en MathWorld reescribí la prueba en términos de la Función theta de Ramanujan .

Definir la función $$M(c)=\prod_{n = 1}^{\infty}(1 +a^{n}b^{n-1}c)\left(1+\frac{a^{n-1}b^{n}}{c}\right)\tag1$$

entonces $$M(abc)=\prod_{n = 1}^{\infty}(1 +a^{n+1}b^{n}c)\left(1+\frac{a^{n-2}b^{n-1}}{c}\right)\tag2$$

$$M(abc)=(1+a^2bc)\left(1+\frac{1}{ac}\right)(1+a^{3}b^{2}c)\left(1+\frac{b}{c}\right)(1+a^{4}b^{3}c)\left(1+\frac{ab^{2}}{c}\right)\cdots$$

$$M(c)=(1+ac)\left(1+\frac{b}{c}\right)(1+a^{2}bc)\left(1+\frac{ab^{2}}{c}\right)(1+a^{3}b^{2}c)\left(1+\frac{a^{2}b^{3}}{c}\right)\cdots$$

En $$\frac{M(abc)}{M(c)}=\left(1+\frac{1}{ac}\right)\left(\frac{1}{1+ac}\right)=\frac{1}{ac}$$

se obtiene la siguiente relación $$M(c)=acM(abc).$$

Ahora defina $$N(c)=M(c)\prod_{n = 1}^{\infty}(1 -(ab)^{n}).$$

Entonces $$N(abc)=M(abc)\prod_{n = 1}^{\infty}(1 -(ab)^{n})$$

que se convierte en $$N(c)=acN(abc).$$

Ampliar ahora $N(c)$ en una serie Laurent $$N(c)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}u_{n}c^{n}.$$

Utilizando la relación fundamental, tenemos $$\sum_{n=-\infty}^{\infty}u_{n}c^{n}=ac\sum_{n=-\infty}^{\infty}u_{n}(abc)^{n}$$

$$=\sum_{n=-\infty}^{\infty}u_{n}a^{n+1}b^{n}c^{n+1}$$

$$=\sum_{n=-\infty}^{\infty}u_{n-1}a^{n}b^{n-1}c^{n}.$$

Lo que conduce a la relación de recurrencia $$u_{n}=u_{n-1}a^{n}b^{n-1}.$$

$$u_{1}=u_{0}a,$$ $$u_{2}=u_{1}a^{2}b=u_{0}a^{3}b,$$ $$u_{3}=u_{2}a^{3}b^{2}=u_{0}a^{6}b^{3},$$ $$u_{4}=u_{3}a^{4}b^{3}=u_{0}a^{10}b^{6}.$$

Que en forma general es $$u_{n}=u_{0}a^{n(n+1)/2}b^{n(n-1)/2}.$$

Sustituyendo ahora de nuevo en la serie original de Laurent, obtenemos $$N(c)=u_{0}\sum_{n=-\infty}^{\infty}a^{n(n+1)/2}b^{n(n-1)/2}c^{n}.$$

Se puede demostrar fácilmente que $u_{0}=1$ de modo que tenemos el triple producto de Jacobi en términos de la función theta de Ramanujan $$N(c)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}a^{n(n+1)/2}b^{n(n-1)/2}c^{n}.$$

Q :¿Es correcta esta generalización de la prueba?

Revisado 25 de abril de 2020

Siguiendo la crítica de Somos, busqué en un par de documentos y finalmente di con el siguiente sobre wikipedia

Pongamos $a=b=q=e^{2\pi i \tau}$ y $c=1$ y demuestre que el numerador y el denominador siguientes

$\frac{1}{u_{0}(e^{2\pi i n^2 \tau})}=\frac{\sum_{n=-\infty}^{\infty}e^{2\pi i n^2 \tau}}{\prod_{k = 1}^{\infty}(1-e^{4\pi i k \tau})\left(1+e^{2\pi i (2k-1) \tau}\right)^2}$

son funciones modulares de peso 1/2 bajo la transformación $\tau = \frac{-1}{4 \tau}$

Dado que una función modular es 1-periódica $f(q+1)=f(q)$ y acotado en el semiplano superior $\tau \to i \infty$ debe ser constante según Teorema de Louiville por lo que el cociente tiene que ser constante de forma que $u_{0}(q)=u_{0}(0)=1$

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billythekid Puntos 156

La prueba que tienes es esencialmente la misma que la de MathWorld con algunos términos reparametrizados. Depende del modelo en el que se base. Es similar en la forma en que la función theta de Ramanujan difiere de la función theta de Jacobi y te felicito por ello.

Por desgracia, esa prueba es errónea. El quid es el paso de $M(c)$ a $N(c)$ en su prueba. No viene de ninguna parte. ¿Por qué multiplicaste por ese producto infinito? El mismo problema surge en la prueba de Mathworld que va de $F(z)$ a $G(z)$ . Sin poder justificar $a_0=1$ las pruebas no son completas. Por supuesto, el resultado sigue siendo cierto, pero falta la justificación.

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