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La alimentación real o incluso de los números complejos para el entero de las funciones de partición de $p(n)$?

Como la mayoría de las personas, cuando encontré por primera vez $n!$ en la escuela primaria, me gráficamente, y luego se unen los puntos con una curva suave y razonada que debe haber algún significado para $\left(\frac43\right)!$ - y, fiel a su estilo, no era!

Gamma function (Image taken from Wikipedia.)

$$\displaystyle \Gamma(z) = \int_0^\infty t^{z-1} e^{-t}\,\rm dt \,.$$ Análisis complejo significa que las integrales como este sentido más de $\mathbb{C}$, por lo que, ya que esta función es la misma que $f(n) = n!$ en $\mathbb{N}$ (cambiado por uno), decimos que es una extensión de la factorial. (Es el único complejo de la analítica de la función, que es una extensión? No, pero con un poco más restricciones, podemos hacer que $\Gamma(z)$ la "única" respuesta a la perfecta interpolación pregunta sobre $n!$.)

Ingenuamente, me veo en el primer par de valores de el número de la partición $p(n)$, y quieren hacer lo mismo. Pero, las particiones no tienen simple fórmula explícita; que es parte de su misterio!

plot of the partition numbers p(n)

Emory profesor de matemáticas Ken Ono explica el estado de las cosas en este video. (Aquí es el papel relevante, así.) Hay algunos detalles que no entiendo sobre el papel, pero en los últimos pasos antes de Bruinier y Ono dar su fórmula explícita, se introduce un método que sólo tiene sentido cuando se aplica a un número natural, por lo que tenemos una muy buena fórmula... pero no es algo que nos da una manera de pensar acerca de $p(z)$; aún $p(n)$.

Por lo tanto, mi pregunta es esta: ¿es este un fool's errand? Podemos decir que nunca habrá un significado a algo así como $p(2.6)$ o $p(3-\pi i)$? Creo que este podría ser el caso, porque, si tal interpretación existía, entonces el problema de contar particiones sería mucho más fácil de lo que ha demostrado ser hasta ahora.

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Andrew Puntos 140

(No es una respuesta completa, pero demasiado largo para un comentario.)

Una posible ruta de acceso a la generalización de la función de partición de $p(n)$ a $p(\alpha)$ complejas $\alpha$ sería considerar la siguiente serie:

$$f(x)=1+\sum_{j=1}^\infty p(j) x^j=\frac1{(x;x)_{\infty}}=\sqrt[3]{\frac{2\sqrt[8]{x}}{\vartheta_1^{\prime}\left(0,\sqrt{x}\right)}}$$

donde $(q;q)_{\infty}$ es un q-símbolo de Pochhammer y $\vartheta_1^{\prime}\left(0,q\right)$ es la derivada de la Jacobi theta función $\vartheta_1(z,q)$ con respecto a $z$, evaluado en $z=0$. A partir de esto, podemos definir $p(n)$ como

$$p(n)=\frac1{n!}\a la izquierda.\frac{\mathrm d^n}{\mathrm dx^n}f(x)\right|_{x=0}$$

y luego considerar si podemos asignar un significado a

$$\frac1{\Gamma(\alpha+1)}\left.\frac{\mathrm d^\alpha}{\mathrm dx^\alpha}f(x)\right|_{x=0}$$

para arbitrario $\alpha$.

Una manera de ir sobre esto sería considerar la posibilidad de Cauchy de diferenciación fórmula

$$f^{(n)}(a)=\frac{n!}{2\pi i}\oint_\gamma \frac{f(z)}{(z-a)^{n+1}}\mathrm dz$$

para algunos apropiado cerrado contorno $\gamma$ ir en el sentido contrario, y, a continuación, vamos a

$$p(\alpha)=\frac1{2\pi i}\oint_\gamma \frac{f(z)}{z^{\alpha+1}}\mathrm dz$$

Estoy un poco lejos de mi Mathematica equipo para hacer una rápida investigación para este, pero convertir esto en una práctica de la fórmula implicaría hacer una elección adecuada de la integración de contorno $\gamma$, teniendo en cuenta el hecho de que la función $z^{-\alpha-1}$ tiene un punto de ramificación en $z=0$, así como $(q;q)_{\infty}$ no está definido para $|q| > 1$ (y tener un montón de singularidades en el límite de $|q| = 1$).

Esperemos que alguien se puede llevar a cabo con esta línea de ataque.


(añadido 4/30/2011)

Me las arreglé para tomar prestada una máquina con Mathematica, y decidió tratar de experimentar con esta construcción. Como se ha mencionado, un adecuado contorno por la ya mencionada integral debe ser un círculo trazado alrededor de $z=0$, y no debe cruzar la rama de corte de $z^{-\alpha-1}$. Con esto, me decidí a dejar $\gamma$ es un círculo de radio $\rho$ ir en sentido antihorario desde el eje real negativo. Me impuso la restricción de $0 < \rho < 1$ debido a las restricciones del dominio de la q-símbolo de Pochhammer.

En resumen, que considera la integral

$$f(\alpha,\rho)=\frac1{2\pi\rho^\alpha}\int_0^{2\pi}\frac1{(-\rho\exp(it);-\rho\exp(it))_{\infty}(-\exp(it))^\alpha}\mathrm dt$$

para los distintos valores de $\rho\en(0,1)$.

En Mathematica:

pcont[a_?NumericQ, r_?NumericQ] := 
 NIntegrate[1/(QPochhammer[-r Exp[I t]] (-Exp[I t])^a), {t, 0, 2 Pi}, 
    AccuracyGoal -> Infinity, Method -> "Oscillatory", 
    WorkingPrecision -> Precision[{a, r}]]/(2 Pi r^a) /;
    Precision[{a, r}] < Infinity && 0 < r < 1

En valores enteros de $\alpha$, cualquier elección de $\rho$ produjo el resultado esperado de $f(n,\rho)=p(n)$; la diversión comienza cuando no entera son los valores:

f(\alpha,\rho) plots

Los valores de $f(\alpha,\rho) de dólares en los enteros se indican con puntos rojos.

Como puede verse, $f(\alpha,\rho)$ proporciona una familia de un parámetro de la "analítica de las continuaciones" para la función de partición de $p(n)$; sin embargo, podría darse el caso de que exista una función $\rho(\alpha)$ tal que $f(\alpha,\rho(\alpha))$ es la "natural" de continuación analítica de $p(\alpha)$. Alternativamente, podría ser una opción para el contorno de $\gamma$ que es mejor/más natural que un círculo. No sé nada más que esto, y puede ser un tiempo antes de volver a este tema.

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