■書ききれなかった数の話(その29)
ζ(2)=1/1^2+1/2^2+1/3^2+1/4^2+・・・=π^2/6
の証明は非常に多く知られていますが,obe sentence proofまではいかないものかなり短いものがあるようです.
[参]佐久間一浩「高校数学と大学数学の接点」日本評論社
にある別証を掲げます.
===================================
微積の学び初めに,x→0としたとき,
sinx/x→1
に出会う.この結果は
(sinx)’=cosx,(cosx)’=−sinx
を示すのに用いられる.
0<x<π/2のとき,不等式
0<sinx<x<tanx
が成り立つが,これはx→0としたとき,sinx/x→1の証明に用いられる有名な不等式である.
この不等式の辺々を2乗して逆数をとると
cot^2x<1/x^2<1+cot^2x
を得る.x=kπ/(2n+1)を代入して,R=x^2/k^2をかけると
Rcot^2kπ/(2n+1)<1/k^2<R(1+cot^2kπ/(2n+1))
RΣcot^2kπ/(2n+1)<Σ1/k^2<RΣ(1+cot^2kπ/(2n+1))
k=1〜nの和をとると
Σcot^2kπ/(2n+1)=n(2n−1)/3
より,
n(2n−1)π^2/3(2n+1)^2<Σ1/k^2<n(2n+1)π^2/3
より,
Σ1/k^2=π^2/6
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
同様に
cot^4x<1/x^4<(1+cot^2x)^2
Σcot^4kπ/(2n+1)=n(2n−1)(4n^2+10n−9)/45
より
Σ1/k^4=π^4/90
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
アペリは中央二項係数を用いたζ(3)の表示式
ζ(3)=5/2Σ(−1)^n+1/n^3(2n,n)
を用いて,ζ(3)の無理性を示した.
すでに無理数とわかっているζ(2),ζ(3),ζ(4)と同様
ζ(5)=Σ1/k^5
も無理数と思われているが,まだ証明されていない.
ロシア人数学者ズディリンは,ζ(5),ζ(7),ζ(9),ζ(11)の4実数のうち,少なくともひとつは無理数であることを証明した.
===================================