佩龙公式

在数学或更具体地,其分支解析数论中,佩龙公式()源自德國數學家奥斯卡·佩龙,是利用逆梅林变换来计算算术函数的和。

定理陈述
令 \{a(n)\} 为一算术函数,并令

: g(s)=\sum_{n=1}^{\infty} \frac{a(n)}{n^{s}}

为其对应的狄利克雷级数。假设这狄利克雷级数对 \Re(s)>\sigma 一致收敛,那么佩龙公式为:

: A(x) = {\sum_{n\le x}}' a(n)
=\frac{1}{2\pi i}\int_{c-i\infty}^{c+i\infty} g(z)\frac{x^{z}}{z} dz.\;

此处求和符号上的一撇表示当x是整数时,和式中最后一项要乘以1/2。这个积分不是收敛的勒贝格积分,应当理解为柯西主值。这个公式要求 c > 0, c > σ 和实数x > 0,但除以上条件以外别无限制。

证明
用阿贝尔求和公式可以得到一个简单的证明梗概:

: g(s)=\sum_{n=1}^{\infty} \frac{a(n)}{n^{s} }=s\int_{0}^{\infty} A(x)x^{-(s+1) } dx.

这不过是在变量代换x=e^t下的拉普拉斯变换,运用拉普拉斯变换的反转公式就能得到佩龙公式。

例子
由于和狄利克雷级数的关系,佩龙公式常被用于解析数论中的求和。例如我们对黎曼ζ函数有如下的著名积分表示:

:\zeta(s)=s\int_1^\infty \frac{\lfloor x\rfloor}{x^{s+1}}\,dx.

对于狄利克雷L函数也有类似的公式:

:L(s,\chi)=s\int_1^\infty \frac{A(x)}{x^{s+1}}\,dx,

其中

:A(x)=\sum_{n\le x} \chi(n)

和 \chi(n) 是狄利克雷特征.

参考文献

  • 第243页,

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