■素数がもたらしたもの(その8)

 (その6)において,

  Σ(1,n)klogk〜∫(1,n)xlogxdx+(f(n)+f(1))/2+ΣB2k/(2k)!(f^(2k-1)(n)-f^(2k-1)(1))+R

のベルヌーイ数を

  B2k=(−1)^k-1 ・2(2k)!/(2π)^2k・ζ(2k)

で置き換えると,

  Σ(1,n)klogk〜∫(1,n)xlogxdx+(f(n)+f(1))/2+Σ2(-1)^k-1/(2π)^2kζ(2k)(f^(2k-1)(n)-f^(2k-1)(1))+R

となって,ゼータ関数との関係が明らかになった.

 さらに,

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

  C=1/4-1/720+1/5040-1/10080+・・・

となったが,定数Cは

  C=1/12−ζ’(−1)

で与えられることもわかった.ここで,exp(C)はグレイシャー(Glaisher)の定数と呼ばれるものである.

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 ここでは,

  Σlogk

について考えてみる.

  f(x)=logx f^(5)(x)=24/x^5

  f’(x)=1/x   f^(6)(x)=−120/x^6

  f”(x)=−1/x^2 f^(7)(x)=720/x^7

  f^(3)(x)=2/x^3 f^(8)(x)=−5080/x^8

  f^(4)(x)=−6/x^4 f^(9)(x)=40640/x^9

より,

  f^(k)(x)=(-1)^k-1(k−1)!/x^k

  f^(2k-1)(x)=(2k−2)!/x^2k-1

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  Σ(1,n)logk〜∫(1,n)logxdx-(f(n)+f(1))/2+ΣB2k/(2k)!(f^(2k-1)(n)-f^(2k-1)(1))+R

  ∫(1,n)logxdx=[xlogx]-∫(1,n)dx=nlogn-n+1

  (f(n)+f(1))/2=logn/2

  (f'(n)-f'(1))/12=1/12・(1/n-1)

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

  (f^(5)(n)-f^(5)(1))/30240=(24/n^5-24)/30240

  (f^(7)(n)-f^(7)(1))/1209600=(720/n^7-720)/1209600

  B2k/(2k)!(f^(2k-1)(n)-f^(2k-1)(1))=B2k/(2k)!(2k−2)!(1/x^2k-1−1)→-B2k/(2k)(2k-1)

  Σlogk〜(n+1/2)・logn-n

  C=1-1/12+1/360-1/1260+1/1680--・・・

定数Cは

  C=1/2・log2π=−ζ’(0)

で与えられる.

  Σlogk〜(n+1/2)・logn-n+1-ΣB2k/(2k)(2k-1)

  k=1~

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