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Ramanujan con la fórmula de la $\sum_{n = 0}^{\infty}p(7n + 5)q^{n}$

El análisis de la función $$f(-q) = (1 - q)(1 - q^{2})(1 - q^{3})\cdots$$ by replacing $q$ with $q^{1/5}$, Ramanujan is able to calculate the sum $$\sum_{n = 0}^{\infty}p(n)q^{n/5} = \frac{1}{f(-q^{1/5})}$$ where $p(n)$ is the number of partitions of $n$. Further, on equating coefficients of $q^{4/5}$ on both sides, he gets the beautiful result $$\sum_{n = 0}^{\infty}p(5n + 4)q^{n} = 5\frac{\{(1 - q^{5})(1 - q^{10})(1 - q^{15})\cdots\}^{5}}{\{(1 - q)(1 - q^{2})(1 - q^{3})\cdots\}^{6}}$$ which can be used to show $$\begin{aligned}p(5n + 4) &\equiv 0\pmod{5}\\p(25n + 24) &\equiv 0\pmod{25}\end{aligned}$$ (esto se muestra en detalle en mi blog).

El próximo Ramanujan menciona que la misma técnica se puede aplicar mediante el análisis de $$\sum_{n = 0}^{\infty}p(n)q^{n/7} = \frac{1}{f(-q^{1/7})}$$ and equating the coefficient of $q^{5/7},$ to get another beautiful identity $$\sum_{n = 0}^{\infty}p(7n + 5)q^{n} = 7\frac{\{(1 - q^{7})(1 - q^{14})(1 - q^{21})\cdots\}^{3}}{\{(1 - q)(1 - q^{2})(1 - q^{3})\cdots\}^{4}} + 49q\frac{\{(1 - q^{7})(1 - q^{14})(1 - q^{21})\cdots\}^{7}}{\{(1 - q)(1 - q^{2})(1 - q^{3})\cdots\}^{8}}$$ This can be used to prove the congruences $$\begin{aligned}p(7n + 5) &\equiv 0\pmod{7}\\p(49n + 47) &\equiv 0\pmod{49}\end{aligned}$$ Unfortunately, in his characteristic style, Ramanujan omits the proof for the case of $f(-p^{1/7})$. I tried to use the approach mentioned by Ramanujan for $f(-q^{1/7})$, y es llevado a engorroso expresiones (multiplicando tres casi similar polinomios de 6 grados cada simbólica de los coeficientes). Huelga decir que ninguno de los en línea simbólica paquetes como wolfram alpha o sympy de manejar complejas de manipulación simbólica. Supongo que Ramanujan de alguna manera simplificada de estos cálculos y de ese modo se obtiene una muy simple resultado de apariencia.

¿Alguien tiene alguna referencia de un enfoque más sencillo para el establecimiento de la identidad relativa $\sum p(7n + 5)q^{n}$?

Actualización: Para agregar más detalles, el uso de Euler pentagonal fórmula $$f(-q^{1/7}) = \sum_{n = -\infty}^{\infty}(-1)^{n}(q^{1/7})^{n(3n + 1)/2}$$ The numbers $n(3n + 1)/2$ fall into one of the following four classes modulo $7$ as $n$ takes integer values: $$\begin{aligned}n(3n + 1)/2\,\,&\equiv 0\pmod{7}\text{ if } n &\equiv 0, 2\pmod{7}\\ &\equiv 1\pmod{7}\text{ if } n &\equiv 3, 6\pmod{7}\\ &\equiv 2\pmod{7}\text{ if } n &\equiv 1\pmod{7}\\ &\equiv 5\pmod{7}\text{ if } n &\equiv 4, 5\pmod{7}\end{aligned}$$ and hence, if we put $r = p^{1/7}$, then we see that $$P = f(-r) = A_{0} + A_{1}r + A_{2}r^{2} + A_{3}r^{5}$$ where $A_{i}$ are power series in $p$ and do not involve any fractional powers of $q$. Further, if we replace $r = q^{1/7}$ by $r\zeta^{i}$ for $i = 1, 2, \ldots, 6$, where $\zeta$ is a primitive $7^{\text{th}}$ root of unity, then the product $Q = \prod_{i = 0}^{6}f(-r\zeta^{i})$ can be expressed without any fractional powers of $q$. In fact it is easy to show that $$Q = \prod_{i = 0}^{6}f(-r\zeta^{i}) = \frac{f^{8}(-q)}{f(-q^{7})}$$ The idea is then to find $P/P = \prod_{i = 1}^{6}f(-r\zeta^{i})$, and we try to find the coefficient of $r^{5}$ in $P/P$. Suppose that the coefficient is $R$. Then we have $$\sum_{n = 0}^{\infty}p(n)q^{n/7} = 1/P = (1/Q)(Q/P)$$ and hence $$\sum_{n = 0}^{\infty}p(7n + 5)q^{n} = R/Q$$ Further Update: I recently found a paper by Oddmund Kolberg titled "Some Identities Involving the Partition Function" which provides an elementary proof of Ramanujan's identity for $p(7n + 5)$. La misma prueba se ha presentado en mi blog.

3voto

marty cohen Puntos 33863

Hay una prueba en Bruce Berndt maravilloso libro "La Teoría de los números en el Espíritu de Ramanujan" en la página 40 como en el Teorema 2.4.2.

Me han recomendado este libro antes de y lo hago de nuevo aquí. Si usted quiere aprender acerca de $q$-funciones como Ramanujan utilizado, leer este libro.

Es menos de US$35 en Amazon.

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Paramanand Singh Puntos 13338

Basado en la respuesta de @"marty cohen" he comprobado el libro "la Teoría de los números en el Espíritu de Ramanujan" y encontró que la prueba de la identidad relativa $\sum_{n = 0}^{\infty}p(7n + 5)q^{n}$. Esta prueba es esencialmente siguiendo la misma idea, como he dado en mi post anterior. Sin embargo Berndt omite el tedioso cálculo y da la siguiente advertencia:

"Los lectores no deben intentar completar detalles que faltan, sino simplemente tratar de entender las ideas detrás de Ramanujan la prueba."

Berndt también proporciona una referencia a un documento (Teoremas acerca de las Particiones de una página en Ramanujan del cuaderno perdido, J. Comp. Appl. De matemáticas. 160(2003), 53-68 ver aquí), en las que los cálculos se hacen. También comprobé que el papel y encontró que las partes más tediosas del cálculo se realiza con MAPLE.

Mientras que yo no tengo nada en contra de hacer tediosos cálculos a través de MAPLE, creo firmemente que el uso de ARCE, uno sólo puede verificar la identidad de Ramanujan y no lo descubre.

Para dar más detalles, es fácil establecer que $$P = f(-r) = f(-q^{7})(A + Br - r^{2} + Cr^{5})\tag{1}$$ where $a, B, C$ are powers series in $q$ with no fractional exponents and they satisfy the equations $$ABC = -1, AB^{2} - A^{2} + qC = 0\tag{2}$$ We have then $$\frac{Q}{P} = f^{6}(-q^{7})\prod_{i = 1}^{6}(A + Br\zeta^{i} - r^{2}\zeta^{2i} + Cr^{5}\zeta^{5i})\tag{3}$$ I tried to calculate the product on right by clubbing terms with $i = 1, i = 6$ together (and similarly club terms with $i = 2, i = 5$, and terms with $i = 3, i = 4$). Needless to say this generates 3 further polynomials which contain terms upto $r^{6}$ (as we replace $r^{7}$ with $p$ and deal with higher powers of $r$ de manera similar). Pero la multiplicación de estos tres polinomios es un reto si no se utiliza ningún software como el ARCE y he sido completamente éxito en hacerlo con la mano (incluso después de muchos intentos).

Supongamos que, aun si somos capaces de obtener el resultado final (que será de nuevo un polinomio en $r$ con grado máximo $6$), entonces el coeficiente de $r^{5}$ en este polinomio será un polinomio $f(A, B, C, q)$ con coeficientes enteros. Ramanujan la gran hazaña es dar una forma muy simple a $f(A, B, C, q)$ el uso de las relaciones $(2)$ $A, B, C, q$ (esto es aún más extraño si tenemos en cuenta que Ramanujan no tienen dinero para comprar suficiente papel y se utiliza para hacer todas sus cálculos en una pizarra y almacenar los resultados finales sobre el papel). Si este formulario no es conocido de antemano, a continuación, me pregunto si los paquetes como el ARCE será nunca capaz de encontrarlo.

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