Apéryjeva konstanta
| dvojiško | 1,0011001110111010... |
| desetiško | 1,2020569031595942854... |
| šestnajstiško | 1,33BA004F00621383... |
| verižni ulomek |
|


Apéryjeva konstanta je v matematiki, na meji med teorijo števil in specialnimi funkcijami, vsota obratnih vrednosti kubov naravnih števil (pozitivnih celih števil). Določena je kot število:
kjer je Riemannova funkcija zeta. Njena približna desetiška vrednost je enaka (OEIS A002117):[1]
Realna konstanta se imenuje po Rogerju Apéryju.
Uporabe
[uredi | uredi kodo]Konstanta se naravno pojavlja v mnogih fizikalnih problemih, vključno z izrazi drugega in tretjega reda elektronskega giromagnetnega razmerja s pomočjo kvantne elektrodinamike (QED). Pojavlja se tudi pri analizi naključnih minimalno vpetih dreves[2] in v povezavi s funkcijo gama pri reševanju določenih integralov z eksponentnimi funkcijami v količniku, ki se občasno pojavlja v fiziki, na primer pri izračunavanju dvorazsežnega primera Debyjevega modela in Sfefan-Boltzmannovega zakona.
Značilnosti
[uredi | uredi kodo]
Apéry je leta 1978 dokazal, da je konstanta iracionalno število.[3] Ta rezultat je znan kot Apéryjev izrek. Izvirni dokaz je kompleksen in težek za razumevanje.[4] Kasneje so našli preprostejše dokaze.[5][6]
Beukersov preprostejši dokaz iracionalnosti vključuje aproksimacijo integranda znanega trojnega integrala za :
z Legendrovimi polinomi. Van der Poortenov članek še posebej obravnava ta pristop, kjer je navedeno, da velja:
kjer so , Legendrovi polinomi, podzaporedja pa so cela ali skoraj cela števila.
Ni znano ali je Apéryjeva konstanta transcendentno število. Znano je da je algebrska perioda. To takoj sledi iz oblike njenega trojnega integrala.
Predstavitve z vrstami
[uredi | uredi kodo]Klasično
[uredi | uredi kodo]leta 1772 podal vrsto:[7]
ki so jo kasneje večkrat ponovno odkrili.[8]
Med druge klasične predstavitve z vrstami spadata vrsti:
Hitra konvergenca
[uredi | uredi kodo]Od 19. stoletja je mnogo matematikov našlo vrste s pospešeno konvergenco za izračun decimalk . Od 1990-ih se je to iskanje osredotočilo na računsko učinkovite vrste s veliko stopnjo konvergence (glej razdelek Znane decimalke).
Naslednjo vrsto je našel Andrej Markov leta 1890,[9] jo ponovno odkrila Hjortnaesova leta 1953,[10] in še enkrat, kar je postalo znano širše, Apéry leta 1979:[3]
Naslednja vrsta da (asimptotično) 1,43 novega pravilnega decimalnega mesta po členu:[11]
Naslednja vrsta da (asimptotično) 3,01 novih pravilnih decimalnih mest na člen:[12]
Naslednja vrsta da (asimptotično) 5,04 novih pravilnih decimalnih mest na člen:[13][1][a]
Uporabili so jo za izračun Apéryjeve konstante na več milijonov pravilnih decimalnih mest.[13][1]
Naslednja vrsta da (asimptotično) 3,92 novih pravilnih decimalnih mest na člen:[14]
Po posameznih števkah
[uredi | uredi kodo]Broadhurst je leta 1998 podal vrsto, ki omogoča izračun poljubne dvojiške števke in zaradi tega je možno izračunati konstanto v skoraj linearnem času in logaritemskem prostoru.[15]
Thue-Morsejevo zaporedje
[uredi | uredi kodo]Apéryjeva konstanta se lahko predstavi tudi s členi Thue-Morsejevega zaporedja kot sledi:[16]
To je poseben primer naslednje formule, veljavne za vse z realnim delom večjim od :
Drugo
[uredi | uredi kodo]Naslednjo vrsto je našel Ramanudžan:[17]
Naslednjo vrsto je našel Plouffe leta 1998:[18]
Srivastava je zbral veliko vrst (), ki konvergirajo k Apéryjevi konstanti.[8] Na primer:
ki konvergira hitreje kot Eulerjeva ali Markova.
Integralske predstavitve
[uredi | uredi kodo]Za Apéryjevo konstanto obstaja mnogo integralskih predstavitev. Nekatere so enostavne, druge pa bolj zapletene.
Enostavne formule
[uredi | uredi kodo]Naslednji izraz na primer sledi iz vsote za Apéryjevo konstanto:
Naslednja dva sledita iz dobro znanih integralskih formul za Riemannovo funkcijo zeta:
in:
Naslednji sledi iz Taylorjevega razvoja funkcije okrog točke , kjer je Legendrova funkcija hi:
Izraz je podoben izrazu:
kjer je Catalanova konstanta.
Bolj zapletene formule
[uredi | uredi kodo]Med druge formule spadajo:[19]
in:[5]
S kombinacijo obeh izrazov se lahko dobi izraz:
S simetrijo sledi:
S seštevanjem obeh izrazov sledi:
In tudi:[20]
Povezava z odvodi funkcije gama:[21]
je tudi zelo uporabna za izpeljavo različnih integralskih izrazov prek znanih integralskih formul za funkcijo gama in funkcije poligama.[22]
Povezava z drugimi funkcijami
[uredi | uredi kodo]Apéryjeva konstanta se pojavlja tudi pri razvoju funkcije gama v Taylorjevo vrsto:
kjer je v prispevku množitelja Euler-Mascheronijeva konstanta .
Apéryjeva konstanta je povezana tudi z vrednostmi trilogaritma (posebnega primera polilogaritma ):
Za se funkcija polilogaritma zreducira na Riemannovo funkcijo zeta:
kjer je Dirichletova funkcija λ, definirana kot:
kjer je Dirichletova funkcija β, pa integralska funkcija.[23]
Znane števke
[uredi | uredi kodo]Število znanih števk Apéryjeve konstante se je v zadnjih desetletjih zelo povečalo in zdaj znaša več kot . To je posledica povečanja zmogljivosti računalnikov kot tudi izboljšav algoritmov.
| datum | desetiške števke | avtor |
|---|---|---|
| 1735 | 16 | Leonhard Euler[24] |
| okoli 1880 | 16 | Adrien-Marie Legendre |
| 1887 | 32 | Thomas Joannes Stieltjes |
| 1996 | 520000 | Greg J. Fee, Simon Plouffe |
| 1997 | 1000000 | Bruno Haible, Thomas Papanikolaou |
| maj 1997 | 10536006 | Patrick Demichel |
| februar 1998 | 14000074 | Sebastian Wedeniwski |
| marec 1998 | 32000213 | Sebastian Wedeniwski |
| julij 1998 | 64000091 | Sebastian Wedeniwski |
| december 1998 | 128000026 | Sebastian Wedeniwski[1] |
| september 2001 | 200001000 | Shigeru Kondo, Xavier Gourdon |
| februar 2002 | 600001000 | Shigeru Kondo, Xavier Gourdon |
| februar 2003 | 1000000000 | Patrick Demichel, Xavier Gourdon[25] |
| april 2006 | 10000000000 | Shigeru Kondo, Steve Pagliarulo |
| 21. januar 2009 | 15510000000 | Alexander J. Yee, Raymond Chan[26] |
| 15. februar 2009 | 31026000000 | Alexander J. Yee, Raymond Chan[26] |
| 17. september 2010 | 100000001000 | Alexander J. Yee[27] |
| 23. september 2013 | 200000001000 | Robert J. Setti[27] |
| 7. avgust 2015 | 250000000000 | Ron Watkins[27] |
| 21. december 2015 | 400000000000 | Dipanjan Nag[28] |
| 13. avgust 2017 | 500000000000 | Ron Watkins[27] |
| 26. maj 2019 | 1000000000000 | Ian Cutress[29] |
| 26. julij 2020 | 1200000000100 | Seungmin Kim[29][30] |
| 22 december 2023 | 2020569031595 | Andrew Sun[29] |
Verižni ulomki
[uredi | uredi kodo]Navadni neskončni verižni ulomek Apéryjeve konstante je: (OEIS A013631)[31]
Ni znano ali je ta verižni ulomek periodičen ali ne.
Prvi posplošeni verižni ulomek Apéryjeve konstante s pravilnostjo sta neodvisno odkrila Stieltjes in Ramanudžan:
Lahko se pretvori v obliko:
Apéry je lahko pospešil konvergenco v obliki:[32][4][33]
Obratna vrednost
[uredi | uredi kodo]Obratna vrednost (OEIS A088453):
predstavlja verjetnost, da bo katerokoli od treh naključno izbranih pozitivnih celih števil, tuje drugima dvema v smislu, da ko gre proti neskončnosti, se bo verjetnost, da tri pozitivna cela števila, manjša od in izbrana enakomerno naključno, ne bodo imela skupnega prafaktorja, približevala tej vrednosti. Verjetnost za pozitivnih celih števil je enaka .[34] V enakem smislu je verjetnost, da naključno izbrano pozitivno celo število ne bo enakomerno deljivo s kubom celega števila, večjega od 1. Verjetnost za nedeljivost z -to potenco je enako .[34]
Razširitev na ζ (2n + 1)
[uredi | uredi kodo]Mnogi so poskušali razširiti Apéryjev dokaz, da je iracionalno število, na druge vrednosti Riemannove funkcije zeta z lihimi argumenti. Neskončno mnogo števil oblike mora biti iracionalnih,[35] in vsaj eno od števil , , in mora biti iracionalno.[36]
Praštevila iz števk
[uredi | uredi kodo]Če se iz števk Apéryjeve konstante brez upoštevanja decimalne vejice zaporedoma sestavljajo števila, so prva taka števila, ki so tudi praštevila (OEIS A119333) za (OEIS A119334):
Naslednja števila so na primer sestavljena:
Glej tudi
[uredi | uredi kodo]Opombe
[uredi | uredi kodo]- ↑ V svojem sporočilu Simonu Plouffeju je Sebastian Wedeniwski navedel, da je izpeljal to formulo iz dela Amdeberhana in Zeilbergerja iz leta 1997.[12] Datum odkritja (13. december 1998) je omenjen v razpredelnici rekordov Simona Plouffeja (8. april 2001).
Sklici
[uredi | uredi kodo]- 1 2 3 4 Wedeniwski (2001).
- ↑ Frieze (1985).
- 1 2 Apéry (1979).
- 1 2 van der Poorten (1979).
- 1 2 Beukers (1979).
- ↑ Zudilin (2002).
- ↑ Euler (1773).
- 1 2 Srivastava (2000), str. 571 (1.11).
- ↑ Markov (1890).
- ↑ Hjortnaes (1953).
- ↑ Amdeberhan (1996).
- 1 2 Amdeberhan; Zeilberger (1997).
- 1 2 Wedeniwski (1998).
- ↑ Mohammed (2005).
- ↑ Broadhurst (1998).
- ↑ Tóth (2022).
- ↑ Berndt (1989), §14, formuli 25.1 in 25.3.
- ↑ Plouffe (1998).
- ↑ Jensen (1895).
- ↑ Blagouchine (2014).
- ↑ Haber (2010).
- ↑ Jevgrafov; idr (1969), vaja 30.10.1.
- ↑ Kim (2014).
- ↑ Euler (1741), § 33.
- ↑ Gourdon; Sebah (2003).
- 1 2 Yee (2009).
- 1 2 3 4 Yee (2017).
- ↑ Nag (2015).
- 1 2 3 Yee (2025).
- ↑ Apéry's constant world record by Seungmin Kim (v angleščini), 28. julij 2020, pridobljeno 28. julija 2020
- ↑ Weisstein, Eric Wolfgang. »Apéry's Constant Continued Fraction«. MathWorld (v angleščini).
- ↑ Finch (2007).
- ↑ Weisstein, Eric Wolfgang. »Apéry's Constant«. MathWorld (v angleščini).
- 1 2 Mollin (2009).
- ↑ Rivoal (2000).
- ↑ Zudilin (2001).
Viri
[uredi | uredi kodo]- Amdeberhan, Tewodros (15. april 1996), »Faster and faster convergent series for «, Electronic Journal of Combinatorics, 3 (1), doi:10.37236/1237, ISSN 1077-8926
- Amdeberhan, Tewodros; Zeilberger, Doron (1997), »Hypergeometric Series Acceleration Via the WZ method«, Electronic Journal of Combinatorics, 4 (2), arXiv:math/9804121, Bibcode:1998math......4121A
- Apéry, Roger (1979), »Irrationalité de et «, Astérisque, 61: 11–13
- Berndt, Bruce Carl (1989), Ramanujan's notebooks, Part II, Springer
- Beukers, Frits (1979), »A Note on the Irrationality of and «, Bull. London Math. Soc., 11 (3): 268–272, doi:10.1112/blms/11.3.268
- Blagouchine, Iaroslav V. (7. januar 2014), »Rediscovery of Malmsten's integrals, their evaluation by contour integration methods and some related results«, The Ramanujan Journal, 35 (1): 21–110, doi:10.1007/s11139-013-9528-5, S2CID 120943474
- Broadhurst, David John (1998), Polylogarithmic ladders, hypergeometric series and the ten millionth digits of and , arXiv:math.CA/9803067
- Euler, Leonhard (1741), »Inventio summae cuiusque seriei ex dato termino generali« (PDF), Commentarii academiae scientiarum Petropolitanae (v latinščini), 8: 173–204, pridobljeno 9. februarja 2011 Predstavljeno sanktpeterburški akademiji znanosti 13. oktobra 1735.
- angleški prevod Finding the sum of any series from a given general term (PDF), prevod: Bell, Jordan, arXiv:0806.4096, pridobljeno 9. februarja 2011
- Euler, Leonhard (1773), »Exercitationes analyticae« (PDF), Novi Commentarii Academiae Scientiarum Petropolitanae (v latinščini), 17: 173–204, pridobljeno 18. maja 2008
- Finch, Steven R. (2003), Mathematical Constants, (Encyclopedia of Mathematics and Its Applications) (v angleščini), zv. 94, Cambridge University Press, str. 1.6.6, COBISS 12723033, ISBN 978-0-521-81805-6
- Frieze, Alan Michael (1985), »On the value of a random minimum spanning tree problem«, Discrete Applied Mathematics, 10 (1): 47–56, doi:10.1016/0166-218X(85)90058-7, MR 0770868
- Gourdon, Xavier; Sebah, Pascal (2003), The Apéry's constant:
- Haber, Howard E. (zima 2010), »The logarithmic derivative of the Gamma function« (PDF), Physics 116A lecture notes, Univerza Kalifornije, Santa Cruz
- Hjortnaes, Margrethe Munthe (Avgust 1953), »Overføring av rekken til et bestemt integral«, Proc. 12th Scandinavian Mathematical Congress, Lund, Švedska: Scandinavian Mathematical Society, str. 211–213
- Jensen, Johan Ludwig William Valdemar (1895), »Note numéro 245. Deuxième réponse. Remarques relatives aux réponses du MM. Franel et Kluyver«, L'Intermédiaire des Mathématiciens, II: 346–347
- Jevgrafov, Marat Andrejevič; Bežanov, Konstantin Avetisovič; Sidorov, Jurij Viktorovič; Fedorjuk, Mihail Vasiljevič; Šabunin, Mihail Ivanovič (1969), Сборник задач по теории аналитических функций (1. izd.), Moskva: Nauka, str. 387
- Kim, JeonWon (2014). »Functional Equations related to the Dirichlet lambda and beta functions«. arXiv:1404.5467 [math:NT].
- Markov, Andrej Andrejevič (1890), »Mémoire sur la transformation des séries peu convergentes en séries très convergentes«, Mém. De l'Acad. Imp. Sci. De St. Pétersbourg, XXXVII (9): 18pp
- Mohammed, Mohamud (1. januar 2005), »Infinite families of accelerated series for some classical constants by the Markov-WZ method«, Discrete Mathematics and Theoretical Computer Science, 7: 11–24, doi:10.46298/dmtcs.342, ISSN 1462-7264
- Mollin, Richard Anthony (2009), Advanced Number Theory with Applications, (Discrete Mathematics and Its Applications), CRC Press, str. 220, ISBN 9781420083293
- Munafo, Robert, »2.66514414269022518865029724987313984827421131371465...«, mrob.com (v angleščini), pridobljeno 11. aprila 2025
- Nag, Dipanjan (2015), Calculated Apéry's constant to 400,000,000,000 Digit, A world record (v angleščini)
- Plouffe, Simon (1998), Identities inspired from Ramanujan Notebooks II
- Rivoal, Tanguy (2000), »La fonction zêta de Riemann prend une infinité de valeurs irrationnelles aux entiers impairs«, Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série I, 331 (4): 267–270, arXiv:math/0008051, Bibcode:2000CRASM.331..267R, doi:10.1016/S0764-4442(00)01624-4, S2CID 119678120
- Srivastava, Hari Mohan (december 2000), »Some Families of Rapidly Convergent Series Representations for the Zeta Functions« (PDF), Taiwanese Journal of Mathematics, 4 (4): 569–599, doi:10.11650/twjm/1500407293, ISSN 1027-5487, MR 1799754, OCLC 36978119, Zbl 0964.11033, pridobljeno 22. avgusta 2015
{{citation}}: Vzdrževanje CS1: samodejni prevod datuma (povezava) - Tóth, László (2022), »Linear Combinations of Dirichlet Series Associated with the Thue-Morse Sequence« (PDF), Integers, 22 98, arXiv:2211.13570
- van der Poorten, Alfred (1979), »A proof that Euler missed ... Apéry's proof of the irrationality of « (PDF), The Mathematical Intelligencer, 1 (4): 195–203, doi:10.1007/BF03028234, ISSN 0343-6993, S2CID 121589323, arhivirano iz prvotnega spletišča (PDF) dne 6. julija 2011
- Wedeniwski, Sebastian (13. december 1998), The Value of Zeta(3) to 1,000,000 places (v angleščini) (sporočilo Simonu Plouffeju z izvirnim besedilom, vendar z le nekaj decimalkami).
- Wedeniwski, Sebastian (2001), Simon Plouffe (ur.), The Value of Zeta(3) to 1,000,000 places, Project Gutenberg (sporočilo Simonu Plouffeju z vsemi decimalkami vendar s krajšim besedilom, ki ga je uredil Simon Plouffe).
- Yee, Alexander J. (2009), Large Computations (v angleščini)
- Yee, Alexander J. (2017), Zeta(3) - Apéry's Constant (v angleščini)
- Yee, Alexander J. (5. april 2025), Records set by y-cruncher (v angleščini)
- Zudilin, Vadim Valentinovič (2001), »One of the numbers , , , is irrational«, Russian Mathematical Surveys, 56 (4): 774–776, Bibcode:2001RuMaS..56..774Z, doi:10.1070/RM2001v056n04ABEH000427, ISSN 0042-1316
- Zudilin, Vadim Valentinovič (2002), An elementary proof of Apéry's theorem, arXiv:math/0202159, Bibcode:2002math......2159Z
Nadaljnje branje
[uredi | uredi kodo]- Nahin, Paul J. (2021), In Pursuit of Zeta-3: The world's most mysterious unsolved math problem, Princeton: Princeton University Press, Bibcode:2021ipzw.book.....N, ISBN 978-0-691-22759-7, OCLC 1260168397
- Vaidjanathasvami, Ramasvami S. (1. julij 1934), »Notes on Riemann's -function«, Journal of the London Mathematical Society, 9 (3): 165–169, doi:10.1112/jlms/s1-9.3.165
Zunanje povezave
[uredi | uredi kodo]- Weisstein, Eric Wolfgang. »Apéry's Constant«. MathWorld (v angleščini).
- Setti, Robert J. (2015), Apéry's Constant - Zeta(3) - 200 Billion Digits, arhivirano iz prvotnega spletišča dne 8. oktobra 2013
- Plouffe, Simon, Zeta(3) or Apéry constant to 2000 places (v angleščini), arhivirano iz prvotnega spletišča dne 5. februarja 2008, pridobljeno 29. julija 2005