8 votos

En los cálculos de $\prod_{k=2}^\infty \left( 1+\frac{\mu(k)}{k^3} x\right)$ donde $\mu(n)$ es la función de Möbius

Me defina para algún conjunto de los números reales $x\in S$ (ver que es mi Pregunta 1.) el dominio de la función $$f(x)=\prod_{k=2}^\infty \left( 1+\frac{\mu(k)}{k^3} x\right) ,$$ donde $\mu(k)$ es la función de Möbius.

Pregunta 1. Estoy interesado en esta función ya que creo que es posible justificar $f'(0)=\frac{1}{\zeta(3)}-1$. Si es bien conocido en la literatura o que sepa cómo calcular su dominio $S$, es para que $x$ está definido, me puede decir?

Mis cálculos eran que $0<\frac{7}{8}\leq 1+\frac{\mu(k)}{k^3}<1$ para los números enteros $k\geq 2$, y estoy atascado con lo que el teorema de la relación infinita de productos y de la serie se puede utilizar para responder a la pregunta anterior.

Subsequents cálculos proporcionan a mí, informalmente $$\log f(1)=\sum_{n=1}^\infty\frac{(-1)^{n+1}}{n}\sum_{k=2}^\infty\frac{(\mu(k))^n}{k^{3n}}.$$

Cuando he dividido la serie de pares y los impares $n's$, puedo escribir $\log f(1)$ como la suma de dos términos, el primero $$\sum_{\text{n odd}}\frac{(-1)^{n+1}}{n}\sum_{k=2}^\infty\frac{(\mu(k))^n}{k^{3n}}=\sum_{j=1}^\infty\frac{\zeta(3(2j-1)-1)}{2j-1},$$ and the second as $$\sum_{\text{n even}}\frac{(-1)^{n+1}}{n}\sum_{k=2}^\infty\frac{(\mu(k))^n}{k^{3n}}=-\sum_{j=1}^\infty\frac{1}{2j}\sum_{k=2}^\infty\frac{ \left| \mu(k) \right| }{k^{6j}}.$$

Pregunta 2. Fueron justificados mis cálculos para $\log f(1)$? Sólo se requiere un sí o donde estaba mi error. También si mis cálculos eran correctos, si usted sabe cómo escribir la serie dentro de $$-\sum_{j=1}^\infty\frac{1}{2j}\sum_{k=2}^\infty\frac{ \left| \mu(k) \right| }{k^{6j}}$$ con valores zeta, como he calculado para el caso de $\text{ n odd}$, entonces los cálculos será aquí como referencia para todos nosotros. Gracias de antemano.

1voto

LinusL Puntos 43

Respuesta a la Pregunta 1

En primer lugar, claramente para cada $x$ existe alguna $N\in \mathbb{N},$ tal que $\frac{|x|}{k^3}<1$ por cada $k>N.$

Dado que tanto $\sum_{k=2}^{\infty}\frac{\mu(k)}{k^3}x$ $\sum_{k=2}^{\infty}\frac{|\mu(k)|^2 x^2}{k^6}$ convergen, utilizando el criterio de convergencia de los infinitos productos, podemos ver que el infinito de la definición del producto de $f(x)$ converge para todos los $x\in\mathbb{R}.$

Por lo tanto, el dominio de $f(x)$ es la totalidad de la $\mathbb{R}.$

Para la descripción detallada de los convergentes criterio, ver criterio.

Para calcular la derivada de una función $f$, podemos tomar la derivada de su logaritmo, $$ (\log f)^\prime=\frac{f^\prime}{f}. $$

Vamos $$ P_n=\prod_{k=2}^{n}\left (1+\frac{\mu(k)}{k^3}x\right). $$

Tenemos \begin{align*} \log f(x)&=\log\lim\limits_{n\to\infty}P_n\\&=\lim\limits_{n\to\infty}\log P_n. \end{align*}

La primera línea es debido a la definición de $P_n$, mientras que la segunda línea es debido a la continuidad de $\log x$.

El uso de Weierstrass M-test, se puede demostrar que tanto $\log P_n$ $\frac{d}{dx}\log P_n$ convergen uniformemente, así que podemos tomar la derivada término por término, $$ (\log f(x))^\prime=\sum_{k=2}^{\infty}\frac{d}{dx}\log\left(1+\frac{\mu(k)}{k^3}x\right)=\sum_{k=2}^{\infty}\frac{\frac{\mu(k)}{k^3}}{1+\frac{\mu(k)}{k^3}x}. $$

En conclusión, hemos \begin{align*} f^\prime(0)=f(0)(\log f)^\prime(0)=\sum_{k=2}^{\infty}\frac{\mu(k)}{k^3}=\frac{1}{\zeta(3)}-1. \end{align*}

Para el Weierstrass M-test parte, claramente para cada $x$ existe alguna $L\in \mathbb{N},$ tal que $\frac{|x|}{k^3}<\frac{1}{2}$ por cada $k>L.$

Para $|x|<\frac{1}{2}$, tenemos

\begin{align*} |\log(1+x)|&\le |x|+|x|\bigl|\sum_{n\ge 2}\frac{(-1)^{n+1}x^{n-1}}{n}\bigr|\\ &\le |x|+|x||\sum_{n\ge 1}2^{-n}|\\ &\le 2|x|, \end{align*}

y \begin{align*} |\frac{1}{1+x}|<\frac{1}{1-|x|}<2. \end{align*}

Para $k>L,$ hemos

$$\biggl|\log\a la izquierda (1+\frac{\mu(k)}{k^3}x\right)\biggr|<\frac{2|x|}{k^3},$$

y $$\biggl|\frac{d}{dx}\log\a la izquierda (1+\frac{\mu(k)}{k^3}x\right)\biggr|<\frac{2}{k^3}.$$

El uso de estas dos estimaciones de las respectivas $M_k$ $k>L$ y teniendo en cuenta que la adición de $L$ finito de términos no cambia la convergencia de la propiedad de una serie, podemos ver que tanto en $\log P_n$ $\frac{d}{dx}\log P_n$ converge uniformemente en cualquier intervalo finito.

0voto

Marco Cantarini Puntos 10794

Ya que $$\sum_{k\geq2}\left|\frac{\mu\left(k\right)x}{k^{3}}\right|<\infty $$ for all $x $ the product converges for all $x $. If $n $ is even we have $ $ -\sum_{n\geq1}\frac{1}{2n}\sum_{k\geq2}\frac{\left|\mu\left(k\right)\right|}{k^{6n}}=-\sum_{n\geq1}\frac{1}{2n}\left(\frac{\zeta\left(6n\right)}{\zeta\left(12n\right)}-1\right) $$ since $$\sum_{k\geq1}\frac{\left|\mu\left(k\right)\right|}{k^{s}}=\frac{\zeta\left(s\right)}{\zeta\left(2s\right)},\,\textrm{Re}\left(s\right)>1 $$ and if $n $ is odd we have $$\sum_{n\geq1}\frac{1}{2n-1}\sum_{k\geq2}\frac{\mu\left(k\right)}{k^{6n-3}}=\sum_{n\geq1}\frac{1}{2n-1}\left(\frac{1}{\zeta\left(6n-3\right)}-1\right) $$ since $$\sum_{k\geq1}\frac{\mu\left(k\right)}{k^{s}}=\frac{1}{\zeta\left(s\right)},\,\textrm{Re}\left(s\right)>1. $$

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X