箱魨亞目

[拼音]:LiMan ζhanshu

[英文]:Riemann ξ-function

複變函式

,其中s=σ+it是複數,σ>1。實變數情形的黎曼ζ 函式,L.尤拉早就討論過。利用算術基本定理可以證明:當σ>1時有恆等式

, (*)

式中

表對所有的素數求積。這一著名恆等式是L.尤拉提出的。復變數s的函式ζ(s)是(G.F.)B.黎曼於 1859年發表的“論不大於一個給定值的素數個數”著名論文中第一次提出的, 他嚴格證明了:

(1)ζ(s)可解析開拓到全平面,且滿足函式方程

(2)除了s=1是一個殘數為1的一次極點外, ζ(s)在整個平面上是正則的;

(3)當σ>1時, ζ(s)沒有零點;

(4)當σ<0時,s=-2,-4,…,-2n,…是它的一級零點,這些零點稱為ζ(s)的“無聊零點”。除此之外, ζ(s)沒有零點。

(5)當0≤σ<1 時, ζ(σ)≠0;

(6)ζ(s)可能有的其他零點一定是都位於帶形區域0≤σ≤1中的復零點,它們稱為“非無聊零點”。此外,他還給出了一些深刻的結果,而為後來的其他人所證明,例如, ⑦在帶形區域0≤σ≤1中ζ(s)有無窮多個復零點,於1893年為 J.(-S.)阿達馬所證明。

(8)設T>0,以N(T)表ζ(s)在矩形0≤σ≤1,0

,於1905年為H.von曼格爾德特所證明。

(9)建立了ζ(s)的非無聊零點與π(x)(不超過x的素數個數)之間的一個關係式,於1894年為曼格爾德特所證明。這一關係式揭示了素數定理與ζ(s)的非無聊零點的分佈有密切關係,指明瞭研究素數定理的方向。

黎曼還在他的這篇著名論文中提出了一個影響深遠的猜測:ζ(s)的所有非無聊零點都位於直線Res=1/2上,即所謂黎曼假設, 簡記作 RH。 1974年N. 萊溫鬆證明了ζ(s)至少有多於1/3的零點位於直線Res=1/2上。 1982年R.P.布倫特等四人證明了ζ(s)在矩形0≤σ≤1, 0≤t≤81702130.19中的零點,全部位於直線Res=1/2上, 共有200000001個零點,都是一級零點。但是黎曼這個假設還沒有被證明或被否定。從黎曼假設可推出一系列重要的數論和函式論方面的結果,雖然都是些假設性的(其中有的在後來被證明),但是這些結果指出了研究ζ(s)零點的重要意義和方向。1896年阿達馬和C.dela瓦萊·普桑各自獨立證明了ζ(s)在直線σ=1上沒有零點,並推出了素數定理。 瓦萊-普桑又於1900年證明了存在一個正常數

A

1, 使得ζ(s)在區域

中沒有零點,並得到了有誤差項的素數定理。И.M.維諾格拉多夫於1958年證明了存在一個正常數

A

2,使得對任意的 ε>0,ζ(s)在區域

中沒有零點,其中

A

2和ε有關, 並改進了有誤差項的素數定理。素數定理的進展是嚴格按照黎曼所提出的思想、方法和結果而取得的。關於ζ(s)還有下面重要結果。1918年G.H.哈代和J.E.李特爾伍德證明了

1926年A.E.英厄姆證明了

他於1940年又證明了當1/2≤σ<1時,

式中T≥2,1/2≤α<1, N(α,T)表ζ(s)在矩形 α≤σ<1,│t│≤T中的零點個數(見素數分佈)。此結果已被不斷改進。通常把這類結果稱為零點密度定理。

黎曼首先提出用複變函式論特別是ζ(s)研究數論的新思想和新方法,開創瞭解析數論的新時期,並對單複變函式論的發展有深刻的影響。

參考書目

H. M. Edwards,RieMann's Zeta Function,Academic Press, New York, 1974.

華羅庚著:《指數和的估計及其在數論中的應用》,科學出版社,北京,1963。

E.C.Titchmarsh,The Theory of the ReiMann ZetaFunction,Clarendon, Oxford, 1951.

A.lvi婞,The RieMann Zeta-Function,John Wiley & Sons, New York, 1985.