■オイラー・マクローリンの和公式とトッド作用素(その12)

 f(x)=x^mlogx,a=1,b=nとおき,

  Td(∂/∂h)∫(a-h1,b+h2)f(x)dx|h=0=狽(k)

の左辺を計算し直すことにする.

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  ∫(a-h1,b+h2)f(x)dx

=[x^m+1logx/(m+1)](a-h1,b+h2)−∫(a-h1,b+h2)x^mdx

[(x^m+1logx)/(m+1)](a-h1,n+h2)

=((n+h2)^m+1log(n+h2)−(1−h1)^m+1log(1−h1)))/(m+1)

  Td(∂/∂h)∫(a-h1,b+h2)f(x)dx|h=0=狽(k)

の左辺を計算してみる.

  Td(∂/∂h)∫(a-h1,n+h2)x^mlogxdx|h=0

=1/(m+1){Td(∂/∂h)(n+h2)^m+1log(n+h2)|h=0−Td(∂/∂h)(1−h1)^m+1log(−h1)|h=0−Td(∂/∂h){(n+h2)^m+1)−(1−h1)^m+1}|h=0

 二項定理は

  (u+v)^n=ΣnCru^n-rv^r

であるが,ここで,第1項,第2項にライプニッツの公式

  (uv)^(n)=ΣnCr(u)^(n-r)(v)^(r)

を適用する.

[1]第1項

  Td(∂/∂h)(n+h2)^m+1log(n+h2)|h2=0

=ΣBj/j!(∂/∂h2)^j(n+h2)^m+1log(n+h2)|h2=0

{(n+h2)^m+1log(n+h2)}^(j)

=ΣjCk((n+h2)^m+1)^(j-k)(log(n+h2))^(k)

k=0のとき

  (∂/∂h2)^j((n+h2)^m+1)^(j)log(n+h2)|h2=0

 =(m+1)!/(m+1−j)!n^m+1-jlogn

k≠0のとき

  (∂/∂h2)^j((n+h2)^m+1)^(j-k)(log(n+h2))^(k)|h2=0

 =(m+1)!/(m+1−j+k)!n^m+1-j+k・(−1)^k-1(k−1)!n^ーk

 =(−1)^k-1(k−1)!(m+1)!/(m+1−j+k)!n^m+1-j

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

[2]第2項

  Td(∂/∂h)(1−h1)^m+1log(1−h1)|h1=0

=ΣBj/j!(∂/∂h1)^j(1−h1)^m+1log(1−h1)|h1=0

{(1−h1)^m+1log(1−h1)}^(j)

=ΣjCk((1−h1)^m+1)^(j-k)(log(1−h1))^(k)

k=0のとき

  (∂/∂h1)^j((1−h1)^m+1)^(j)log(1−h1)|h1=0=0

k≠0のとき

  (∂/∂h2)^j((1−h1)^m+1)^(j-k)(log(1−h1))^(k)|h1=0

 =(−1)^j(m+1)!/(m+1−j+k)!・(−1)(k−1)! =(−1)^j+1(k−1)!(m+1)!/(m+1−j+k)!

 第3項については次回の宿題としたい.

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