■ゼータの香りの漂う公式の背後にある構造(その91,杉岡幹生)

 ここではL(1)6分割の分身が12分割の分身に分解する様子を調べます。

  L(1)=1/1 -1/3 +1/5 -1/7 +1/9 -1/11 +1/13 -1/15 +1/17 - ・・=π/4

L(1)が分解する全体の様子は次のようになっています。1個の分身が倍の2個に割れます(分解する)。今回は、その中の『L(1)6分割の分身⇒L(1)12分割の分身』の様子を見ます。

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     <L(1)分解の全体の様子>

 L(1)⇒L(1)2分割の分身⇒L(1)4分割の分身⇒L(1)8分割の分身⇒L(1)16分割の分身⇒・・・

 L(1)⇒L(1)3分割の分身⇒L(1)6分割の分身⇒L(1)12分割の分身⇒L(1)24分割の分身⇒・・・

 L(1)⇒L(1)5分割の分身⇒L(1)10分割の分身⇒L(1)20分割の分身⇒L(1)40分割の分身⇒・・・

 L(1)⇒L(1)7分割の分身⇒L(1)14分割の分身⇒L(1)28分割の分身⇒L(1)56分割の分身⇒・・・

 このように、一つの分身が2つに(倍に)分解する。素数を起点として倍々ゲームで無限に分解(分岐)していく。逆に無限の彼方から見れば、(先頭行を例にとると)・・・・⇒16分身⇒8分身⇒4分身⇒2分身⇒L(1)などとなっている。

  

 厳密には予想ですが、こんなふうになっている。

(注記)

 L(1)⇒L(1)4分割の分身⇒L(1)8分割の分身⇒L(1)16分割の分身⇒・・・

 L(1)⇒L(1)6分割の分身⇒L(1)12分割の分身⇒L(1)24分割の分身⇒・・・なども当然成り立ちますが、略しました。

理由は、前者は上の全体の様子での1行目に含まれており、後者は2行目に含まれていて、表示する必要がないからです(冗長になるので略)。素数のケースだけ書けば十分です。。

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 それでは、6分割の分身が12分割の分身に分解する様子を見ることにします。6分割は(その21)、12分割は(その22)の結果を利用します。

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   <6分割は(その21)、12分割は(その22)から抜粋>

■L(1)6分割

 A1= 1 -1/23 +1/25 -1/47 +1/49 -1/71 + ・・ =(π/24)tan(11π/24)

 A2=1/3 -1/21 +1/27 -1/45 +1/51 -1/69 + ・・=(π/24)tan(9π/24)

 A3=1/5 -1/19 +1/29 -1/43 +1/53 -1/67 + ・・=(π/24)tan(7π/24)

 A4=1/7 -1/17 +1/31 -1/41 +1/55 -1/65 + ・・ =(π/24)tan(5π/24)

 A5=1/9 -1/15 +1/33 -1/39 +1/57 -1/63 + ・・ =(π/24)tan(3π/24)

 A6=1/11 -1/13 +1/35 -1/37 +1/59 -1/61 +・・ =(π/24)tan(π/24)

    A1 -A2 +A3 -A4 +A5 -A6=L(1)となります。

■L(1)12分割

 B1= 1 -1/47 +1/49 -1/95 +1/97 -1/143 + ・・ =(π/48)tan(23π/48)

 B2=1/3 -1/45 +1/51 -1/93 +1/99 -1/141 + ・・ =(π/48)tan(21π/48)

 B3=1/5 -1/43 +1/53 -1/91 +1/101 -1/139 + ・・ =(π/48)tan(19π/48)

 B4=1/7 -1/41 +1/55 -1/89 +1/103 -1/137 +・・ =(π/48)tan(17π/48)

 B5=1/9 -1/39 +1/57 -1/87 +1/105 -1/135 +・・ =(π/48)tan(15π/48)

 B6=1/11 -1/37 +1/59 -1/85 +1/107 -1/133 +・・ =(π/48)tan(13π/48)

 B7=1/13 -1/35 +1/61 -1/83 +1/109 -1/131 +・・ =(π/48)tan(11π/48)

 B8=1/15 -1/33 +1/63 -1/81 +1/111 -1/129 +・・ =(π/48)tan(9π/48)

 B9=1/17 -1/31 +1/65 -1/79 +1/113 -1/127 +・・ =(π/48)tan(7π/48)

 B10=1/19 -1/29 +1/67 -1/77 +1/115 -1/125 +・・=(π/48)tan(5π/48)

 B11=1/21 -1/27 +1/69 -1/75 +1/117 -1/123 +・・=(π/48)tan(3π/48)

 B12=1/23 -1/25 +1/71 -1/73 +1/119 -1/121 +・・=(π/48)tan(π/48)

   B1 -B2 +B3 -B4 +B5 -B6 +B7 -B8 +B9 -B10 +B11 -B12=L(1)となります。

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上記結果から、6分割の分身はそれぞれ2個に分裂(分解)して12分割の分身になっています。次の通りです。

  A1=B1 -B12  -----@

  A2=B2 -B11  -----A

  A3=B3 -B10  -----B

  A4=B4 -B9  -----C

  A5=B5 -B8  -----D

  A6=B6 -B7  -----E

 このように一つの分身が二つに割れるのです。その割れ方は(その80)で見たζ(2)「6分割の分身⇒12分割の分身」の割れ方と全く同じです(違いは、右辺で足すか引くかの違いだけです)。

 @〜Eに関し、級数での成立は簡単にわかります(眺めるだけでわかる)。また右辺値(特殊値)での成立も、次のようにすれば容易に確かめられる。

 三角関数において次式が成り立つ。

  tan(π/2 -2x)=(1/2){tan(π/2 -x)- tan(x)}

  xにπ/48, 3π/48, 5π/48, 7π/48, 9π/48, 11π/48を代入することで、@〜Eの特殊値での成立を確かめることができます。

 以上より、L(1)分岐構造全体のうち『L(1)6分割の分身⇒L(1)12分割の分身』の成立が確認できました。

以上。(杉岡幹生)

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