■双子素数定数と・・・(その15)

 シンク関数(あるいはカージナルサインとも呼ばれる)とは,

  sinc(x)=sin(x)/(x)

で定義される関数です.x=0のときは,

  sinc(0)=1

と定めることにします.シンク積分(あるいはディリクレ積分)

  ∫(0,∞)sincxdx=∫(0,∞)sinx/xdx=π/2

はよく知られていて,複素積分などを用いて求めることができる.

===================================

  ∫(0,∞)sincxdx=∫(0,∞)sinx/xdx=π/2

  ∫(0,∞)sincxsinc(x/3)dx=π/2

  ∫(0,∞)sincxsinc(x/3)sinc(x/5)dx=π/2

  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

  ∫(0,∞)sincxsinc(x/3)sinc(x/5)・・・sinc(x/13)dx=π/2

も成り立ち,これらは一般に

  ∫(0,∞)Πsinc(kx)dx=π/2

と書くことができる.

 Mathematicaを用いて計算してみても,

  ∫(0,∞)Πsinc(kx)dx,

  k=1/(2i+1),i=0~

において,i≦6でπ/2となる.これらの計算から一般的な法則性が成り立つと思われた。

 

 ところが,i=7のとき,

  ∫(0,∞)sincxsinc(x/3)sinc(x/5)・・・sinc(x/13)sinc(x/15)dx=R*π

  R=467807924713440738696537864469/935615849440640907310521750000

   =0.499999999992646・・・

となって,π/2とはならないのである.

 さらに検証してみると,i≧7で右辺はπ/2にはならず,i=8では,

  ∫(0,∞)sincxsinc(x/3)sinc(x/5)・・・sinc(x/15)sinc(x/17)dx=R*π

  R=17708695183056190642497315530628422295569865119/354173907883011952948983529875210935040000000

i≧9でも同様に,有理数ではあるが簡単なものにはならなかった.

===================================

 次に,係数を変えて

  ∫(0,∞)Πsinc(kx)dx,

  k=1/(3i+1),i=0~

を計算してみた結果,i≦10でπ/2となった.

===================================

 結局,自力で証明することを早々に諦めて,

  David Borwein,Johnathan M. Borwein: Some remarkable properties of sinc and related integrals; The Ramanujan Journal, in press. CECM preprint 99,142 (available from http://www.cecm.sfu.ca/preprints)

を参照することにした.

 

 ここでは紹介しないが,フーリエ変換によって解析学的に証明される.それによると

  ∫(0,∞)Πsinc(kx)dx

は,Σk<2のときπ/2となるということである.すなわち,k=1/(2i+1)の場合,第6項までだと

  1+1/3+・・・+1/13<2

だが,第7項まででは

  1+1/3+・・・+1/13+1/15>2

また,k=1/(3i+1)の場合,第10項まで計算しても

  1+1/4+・・・+1/28+1/31<2

なのである.

===================================