■オイラー積とウォリス積(その2)

 大阪の花本先生より教えていただいた有限確定値を再掲したい.

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

[1]pを素数,qを2以上の非素数,rを2以上の自然数とする.このとき,全素数にわたる積

  P=(2・2/1・3)(3・3/2・4)(5・5/4・6)・・・(p・p/(p−1)・(p+1))・・・=π^2/6

であったが,

  Q=(4・4/3・5)(6・6/5・7)(8・8/7・9)・・・(q・q/(q−1)・(q+1))・・・=?

 まず,Q>1は自然に浮かぶところであるが,n≧2として

  P・Q=Πn^2/(n^2−1)=Πn/(n−1)・n/(n+1)

=2/1・2/3・3/2・3/4・・・n/(n−1)・n/(n+1)

はうまくキャンセルアウトして

  P・Q=2/1・n/(n+1)→2

 P=π^2/6より,Q=12/π^2

[証]sinπx/πx=Π(1,∞)(1−x^2/n^2)を用います.

πx/sinπx=Π(1,∞)(n^2/(n^2−x^2))

πx/sinπx=1/(1−x^2)Π(2,∞)(n^2/(n^2−x^2))

Π(2,∞)(n^2/(n^2−x^2))=πx(1−x^2)/sinπx

 ここで,x→1としてときの極限を考えてみます.ロピタルの定理より

N=Π(2,∞)n^2/(n^2-1)=lim(x→1) πx(1-x^2)/sinπx → 2 となります.

  Q=N/P

  P=π^2/6より,Q=12/π^2=1.21788・・・

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

[2]pを素数,qを2以上の非素数,rを2以上の自然数とする.このとき,全素数にわたる積

  P=Πp^4/(p^4−1)=ζ(4)=π^4/90

であるが,

  Q=Πq^4/(q^4−1)=?

[証]sinπx/πx=Π(1,∞)(1−x^2/n^2)

   sinhπx/πx=Π(1,∞)(1+x^2/n^2)

sinπxsinhπx/(πx)^2=Π(1,∞)(1−x^4/n^4)を用います.

Π(1,∞)(n^4/(n^4−x^4))=(πx)^2/sinπxsinhπx

1/(1−x^4)Π(2,∞)(n^4/(n^4−x^4))=(πx)^2/sinπxsinhπx

Π(2,∞)(n^4/(n^4−x^4))=(πx)^2(1−x^4)/sinπxsinhπx

 ここで,x→1としてときの極限を考えてみます.ロピタルの定理より

N=Π(2,∞)n^4/(n^4-1)=lim(x→1) (πx)^2(1-x^4)/sinπxsinhπx → 4π/sinh(π)=8π/(expπ−exp(−π)) となります.

  Q=N/P

  P=π^4/90より,Q=720/π^3(expπ−exp(−π))=1.0084・・・

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

[3]pを素数,qを2以上の非素数,rを2以上の自然数とする.このとき,全素数にわたる積

  P=Πp^6/(p^6−1)=ζ(6)=π^6/945

であるが,

  Q=Πq^6/(q^6−1)=?

[証]S(x)=sinπx/πx=Π(1,∞)(1−x^2/n^2)

 ωを1の3乗根とする.ω^3=1,ω^2+ω+1=0

 S(x)S(ωx)S(ω^2x)=Π(1,∞)(1−x^2/n^2)(1−ω^2x^2/n^2)(1−ω^4x^2/n^2)=Π(1,∞)((n^6−x^6)/n^6)

Π(1,∞)(n^6/(n^6−x^6))=1/S(x)S(ωx)S(ω^2x)

Π(2,∞)(n^6/(n^6−x^6))=(1−x^6)/S(x)S(ωx)S(ω^2x)=(πx)^3(1−x^6)/sin(πx)sin(ωπx)sin(ω^2πx)

 ここで,x→1としてときの極限を考えてみます.ロピタルの定理より

N=Π(2,∞)n^6/(n^6-1)=lim(x→1) π^3x^3(1-x^6)/sin(πx)sin(ωπx)sin(ω^2πx)

sin(ωπ)sin(ω^2π)=-1/2(cos(ω+ω^2)π-cos(ω-ω^2)π)

sin(ωπ)sin(ω^2π)=-1/2(-1-cos(i√3π))

より,N=12π^2/(1+cosh(π√3))として求まります.

  Q=N/P

  P=π^6/945より,Q=11340/π^4(1+cosh(π√3))=1.002001・・・

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