■素数がもたらしたもの(その4)

 (その2)では,

  Σ1/klogk〜log(logn)→∞

が発散することを示したが,ここでは,発散級数

  Σklogk→∞

の誤差項を評価してみたい.

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【1】オイラー・マクローリンの和公式

 Σ(1,∞)klogkは発散する.超階乗がでてくるから明らかであろう(超階乗は正の整数 n について H(n)=Πk^k).

 そこで,オイラー・マクローリンの和公式を用いることにする.

  f(x)=xlogx

  f’(x)=logx+1

  f”(x)=1/x

  f^(3)(x)=−1/x^2

  f^(4)(x)=2/x^3

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

  Σ(1,n)klogk〜∫(1,n)xlogxdx+(f(n)+f(1))/2+(f'(n)-f'(1))/12+R

  ∫(1,n)xlogxdx=[x^2/2・logx]-∫(1,n)x/2dx=n^2/2・logn-n^2/4+1/4

  (f(n)+f(1))/2=n/2・logn

  (f'(n)-f'(1))/12=1/12・logn

より

  Σklogk〜(n^2/2+n/2+1/12)・logn-n^2/4*n^2+1/4+R

  |R|<=2ζ(2)/(2π)^2∫(1,n)1/xdx〜1/12・logn

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

  Σ(1,n)klogk〜∫(1,n)xlogxdx+(f(n)+f(1))/2+(f'(n)-f'(1))/12-(f^(3)(n)-f^(3)(1))/720+R

  ∫(1,n)xlogxdx=[x^2/2・logx]-∫(1,n)x/2dx=n^2/2・logn-n^2/4+1/4

  (f(n)+f(1))/2=n/2・logn

  (f'(n)-f'(1))/12=1/12・logn

  (f^(3)(n)-f^(3)(1))/720=(-1/n^2+1)/720

より

  Σklogk〜(n^2/2+n/2+1/12)・logn-n^2/4+1/4-(1/n^2-1)/720+R

  |R|<=2ζ(4)/(2π)^4∫(1,n)2/x^3dx〜1/120・l/n^4

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【2】まとめ

 オイラー・マクローリンの和公式は,以下

 +(f^(5)(n)-f^(5)(1))/30240

 -(f^(7)(n)-f^(7)(1))/1209600

と続くが,これ以上計算する必要はなさそうである.

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