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Aproximación de $e^{\pi\sqrt{n}}$ con Ramanujan ' s invariantes de clase

A partir del artículo de la Wikipedia tenemos

$\displaystyle \begin{aligned}e^{\pi\sqrt{43}} &\approx 884736743.999777466 \\ e^{\pi\sqrt{67}} &\approx 147197952743.999998662454\\ e^{\pi\sqrt{163}}&\approx 262537412640768743.99999999999925007 \end{aligned}$

En su papel de "Modular ecuaciones y aproximaciones a $\pi$" Ramanujan le da un enfoque muy simple para encontrar estas aproximaciones y demostrar que son casi enteros. Cito del artículo:


Desde $G_{n}, g_{n}$ puede ser expresado como raíces algebraico de ecuaciones con coeficientes racionales, lo mismo es cierto de $G_{n}^{24}$ o $g_{n}^{24}$. Así que vamos a suponer que los $$1 = ag_{n}^{-24} - bg_{n}^{-48} + \cdots\\ \text{o }g_{n}^{24} = a - bg_{n}^{-24} + \cdots$$ But we know that $$64e^{-\pi\sqrt{n}}g_{n}^{24} = 1 - 24e^{-\pi\sqrt{n}} + 276e^{-2\pi\sqrt{n}} + \cdots\\ 64g_{n}^{24} = e^{\pi\sqrt{n}} - 24 + 276e^{-\pi\sqrt{n}} + \cdots\\ 64a - 64bg_{n}^{-24} + \cdots = e^{\pi\sqrt{n}} - 24 + 276e^{-\pi\sqrt{n}} + \cdots\\ 64a - 4096be^{-\pi\sqrt{n}} + \cdots = e^{\pi\sqrt{n}} - 24 + 276e^{-\pi\sqrt{n}} + \cdots\\ \text{es }e^{\pi\sqrt{n}} = (64a + 24) - (4096b + 276)e^{-\pi\sqrt{n}} + \cdots$$


Aquí tenemos definiciones estándar $$G_{n} = 2^{-1/4}e^{\pi\sqrt{n}/24}(1 + e^{-\pi\sqrt{n}})(1 + e^{-3\pi\sqrt{n}})(1 + e^{-5\pi\sqrt{n}})\cdots$$ and $$g_{n} = 2^{-1/4}e^{\pi\sqrt{n}/24}(1 - e^{-\pi\sqrt{n}})(1 - e^{-3\pi\sqrt{n}})(1 - e^{-5\pi\sqrt{n}})\cdots$$ From the theory of modular equations I understand that the values $g_{n}, G_{n}$ are algebraic numbers if $n > 0$ is rational. But this does not make them make algebraic integers. I am therefore not able to understand how Ramanujan uses the numbers $a, b$ in the derivations above as integers and is able to conclude that the value of $e^{\pi\sqrt{n}}$ is close to the integer $(64a + 24)$. I believe the approach provided above works only when $g_{n}, G_{n}$ are algebraic integers. Please let me know if we can conclude $e^{\pi\sqrt{n}}$ is an almost integer even if $g_{n}$ es algebraico, pero no algebraicas entero.

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ccorn Puntos 4924

Según su etimología, la cerca-resultado entero que ya tiene al $64a$ es un número entero. Para ello, basta con que $64 g_n^{24}$ es un entero algebraico.

El uso de Weber modular funciones, tenemos $$\begin{align} G_n &= 2^{-1/4}\mathfrak{f}(\sqrt{-n}) & g_n &= 2^{-1/4}\mathfrak{f}_1(\sqrt{-n}) \\\therefore\quad 64 G_n^{24} &= \mathfrak{f}^{24}(\sqrt{-n}) & 64 g_n^{24} &= \mathfrak{f}_1^{24}(\sqrt{-n}) \end{align}$$ Esto se relaciona con el modular j-Función, obtenemos $$\begin{align} (X+16)^3 - \operatorname{j}X &= 0 \quad\text{for}\quad X\in\{-\mathfrak{f}^{24},\mathfrak{f}_1^{24},\mathfrak{f}_2^{24}\} \end{align}$$ lo que hace que los valores de $\mathfrak{f}^{24}$ $\mathfrak{f}_1^{24}$ algebraica de los números enteros siempre que $\operatorname{j}$ toma el valor de una expresión algebraica entero. Usted sabe que este es el caso de los ejemplos dados, y esto se traslada a $64 G_n^{24}$$64 g_n^{24}$.

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