Order and canonical product of the Weierstrass $R$-integral

The order of the $R$-integral is specified and its representation in the form of the canonical Weierstrass product is found.

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2019
Hauptverfasser: Samoilenko, A. M., Самойленко, А. М.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainisch
Veröffentlicht: Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2019
Online Zugang:https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1457
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
Завантажити файл: Pdf

Institution

Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
_version_ 1860507213066403840
author Samoilenko, A. M.
Самойленко, А. М.
author_facet Samoilenko, A. M.
Самойленко, А. М.
author_sort Samoilenko, A. M.
baseUrl_str https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai
collection OJS
datestamp_date 2019-12-05T10:12:29Z
description The order of the $R$-integral is specified and its representation in the form of the canonical Weierstrass product is found.
first_indexed 2026-03-24T02:05:44Z
format Article
fulltext УДК 517.2 А. М. Самойленко (Iн-т математики НАН України, Київ) ПОРЯДОК ТА КАНОНIЧНИЙ ДОБУТОК ВЕЙЄРШТРАССА \bfitR -IНТЕГРАЛА The order of the R-integral is specified and its representation in the form of the canonical Weierstrass product is found. Уточнено порядок R-iнтеграла та знайдено його зображення канонiчним добутком Вейєрштрасса. Нехай s = x+ it, (x, t) \in \BbbR 2, f(s) = 1 - s(1 - s) \infty \int 1 \bigl( x s 2 + x 1 - s 2 \bigr) \theta (x)dx, (1) де \theta (x) = 1 x \infty \sum n=1 e - \pi n2x. Вiдомо [1], що функцiя (1) — це цiла функцiя порядку \rho \leq 1, яка має нескiнченну кiлькiсть комплексно-спряжених нулiв (sk, sk) = rk(\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + i \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\varphi k, \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k - i \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\varphi k) (2) таких, що 0 < rk \leq rk+1, 0 < \varphi k \leq \pi 2 , \mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{m} k\rightarrow \infty rk = \infty , розмiщених у комплекснiй площинi \BbbC симетрично вiдносно прямої x = 1 2 i лише у смузi 0 \leq x \leq 1. Запишемо рiвняння (1) при z = x \in \BbbR f(x) = 1 - x(1 - x) 1\int 0 \bigl( \tau x 2 + \tau 1 - x 2 \bigr) \theta (\tau )d\tau , f(x) = f(1 - x). (3) Формула (3) є основною характеристикою функцiї (1), яка видiляє її з множини iнших цiлих функцiй дiйсної змiнної x. Згiдно з (3) маємо рiвнiсть f(0) = f(1) = 1. Використавши (2), запишемо для f(x) формулу Адамара [2] f(x) = e\lambda xW (x), (4) де \lambda = mf \prime (0), m = [\rho ] — рiд функцiї f(s), W (0) = 1, c\bigcirc А. М. САМОЙЛЕНКО, 2019 564 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2019, т. 71, № 4 ПОРЯДОК ТА КАНОНIЧНИЙ ДОБУТОК ВЕЙЄРШТРАССА R-IНТЕГРАЛА 565 W (x) = \infty \prod k=1 W \biggl( x rk , \varphi k \biggr) m, (5) W (x, \varphi ,m) = (1 - 2x \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi + x2)e2mx cos\varphi . (6) Нехай m = 1. Розглянемо функцiю F (x) = f(x)f(1 - x) = f2(x). Тодi згiдно з (4) F (x) = e\lambda x+\lambda (1 - x)W (x)W (1 - x) = e\lambda W (x)W (1 - x), (7) де W (x)W (1 - x) = \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + x2 r2k \biggr) e 2 x rk cos\varphi k\times \times \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + (1 - x)2 r2k \biggr) e 2 1 - x rk cos\varphi k . (8) Прологарифмувавши (8), отримаємо \mathrm{l}\mathrm{n}W (x)W (1 - x) = \mathrm{l}\mathrm{n}W (x) + \mathrm{l}\mathrm{n}W (1 - x) = = \infty \sum k=1 \biggl( \mathrm{l}\mathrm{n} \biggl( 1 - 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + x2 r2k \biggr) + 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k \biggr) + + \infty \sum k=1 \biggl( \mathrm{l}\mathrm{n} \biggl( 1 - 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + (1 - x)2 r2k \biggr) + 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k \biggr) . (9) Згiдно з теоремою Вейєрштрасса про нескiнченний добуток [3] суми в (9) рiвномiрно збiгаються на довiльному вiдрiзку \BbbR . В результатi з (9) випливає рiвнiсть \mathrm{l}\mathrm{n}W (x)W (1 - x) = \infty \sum k=1 \biggl( \mathrm{l}\mathrm{n} \biggl( 1 - 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + x2 r2k \biggr) \biggr) + + \infty \sum k=1 \biggl( \mathrm{l}\mathrm{n} \biggl( 1 - 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + (1 - x)2 r2k \biggr) \biggr) + 2 \infty \sum k=1 \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k rk , потенцiюючи яку, отримуємо W (x)W (1 - x) = e 2 \sum \infty k=1 cos\varphi k rk \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + x2 r2k \biggr) \times \times \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + (1 - x)2 r2k \biggr) . (10) Згiдно з (10) формула (7) набирає вигляду F (x) = e \lambda +2 \sum \infty k=1 cos\varphi k rk \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + x2 r2k \biggr) \times ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2019, т. 71, № 4 566 А. М. САМОЙЛЕНКО \times \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + (1 - x)2 r2k \biggr) . (11) При x = 0 формула (11) має вигляд 1 = e \lambda +2 \sum \infty k=1 cos\varphi k rk \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k rk + 1 r2k \biggr) . (12) Згiдно з (12) та позначеннями (5), (6) F (x) = \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + x2 r2k \biggr) \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + (1 - x)2 r2k \biggr) \times \times \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k rk + 1 r2k \biggr) - 1 = c \infty \prod k=1 W \biggl( x rk , \varphi k, 0 \biggr) \infty \prod k=1 W \biggl( 1 - x rk , \varphi k, 0 \biggr) , де c = \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k rk + 1 r2k \biggr) - 1 . Таким чином, маємо рiвнiсть c - 1F (x) = \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + x2 r2k \biggr) \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + (1 - x)2 r2k \biggr) , (13) яка згiдно з позначеннями (5), (6) доводить, що права частина (13) є добутком двох функцiй, канонiчнi добутки Вейєрштрасса яких при s = x належать функцiям нульового роду. Отже, F (x) — функцiя нульового роду. Це доводить, що порядок F (x) не дорiвнює, а менший за 1. Оскiльки F (x) = f2(x), то порядок f(x) на x \in \BbbR задовольняє нерiвнiсть \rho < 1. (14) Пiдсумовуючи, отримуємо такий результат. Теорема 1. Порядок R-iнтеграла (1) задовольняє нерiвнiсть (14). Для доведення теореми досить доповнити наведенi мiркування формулою розрахунку по- рядку \rho цiлої функцiї f(s) [4]: \rho = \mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{m} n\rightarrow \infty n \mathrm{l}\mathrm{n}n\bigm| \bigm| a - 1 n \bigm| \bigm| , an = f (n)(0) n! , згiдно з якою порядки f(x) та f(s) спiвпадають. Наведемо наслiдок iз теореми 1. Насамперед запишемо канонiчний добуток f(x), як цiлої функцiї порядку \rho < 1, тобто при m = 0. Згiдно з формулами (4) – (6), позначаючи W (x, \varphi , 0) через W (x, \varphi ), маємо f(x) = \infty \prod k=1 W \biggl( x rk , \varphi k \biggr) = \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + x2 r2k \biggr) . (15) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2019, т. 71, № 4 ПОРЯДОК ТА КАНОНIЧНИЙ ДОБУТОК ВЕЙЄРШТРАССА R-IНТЕГРАЛА 567 Отже, замiнивши в (15) x на 1 - x, будемо мати f(1 - x) = \infty \prod k=1 W \biggl( 1 - x rk , \varphi k \biggr) = \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + (1 - x)2 r2k \biggr) . (16) Iз (15), (16) випливає, що F (x) = f(x)f(1 - x) = \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + x2 r2k \biggr) \times \times \infty \prod k=1 \biggl( 1 - 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + (1 - x)2 r2k \biggr) = = \infty \prod k=1 \biggl( \biggl( 1 - 2 x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + x2 r2k \biggr) \biggl( 1 - 2 1 - x rk \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi k + (1 - x)2 r2k \biggr) \biggr) . (17) Введемо позначення h = r \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\varphi , \varepsilon = h - 1, \sigma (x) = x(1 - x). Тодi матимемо W \biggl( x rk , \varphi k \biggr) = 1 - \sigma (x) r2k - \varepsilon k(1 - x) r2k , W \biggl( 1 - x rk , \varphi k \biggr) = 1 - \sigma (x) r2k - \varepsilon kx r2k , (18) W \biggl( x rk , \varphi k \biggr) W \biggl( 1 - x rk , \varphi k \biggr) = \biggl( 1 - \sigma (x) r2k \biggr) 2 + \varepsilon k (1 + \varepsilon k) \sigma (x) r2k + \varepsilon k r2k , k = 1, 2, . . . . (19) Покладемо P2 \biggl( \sigma (x), 1 r2k , \varepsilon \biggr) = \biggl( 1 - \sigma (x) r2k \biggr) 2 + \varepsilon (1 + \varepsilon ) \sigma (x) r2k + \varepsilon r2k i запишемо добуток (18), (19) у виглядi многочлена вiд \sigma (x) другого степеня W \biggl( x rk , \varphi k \biggr) W \biggl( 1 - x rk , \varphi k \biggr) = P2 \biggl( \sigma (x) r2k , 1 r2k , \varepsilon k \biggr) . Отже, функцiю (17) запишемо у виглядi добутку F (x) = f2(x) = f(x)f(1 - x) = = \infty \prod k=1 \biggl( 1 - \sigma (x) r2k - \varepsilon k(1 - x) r2k \biggr) 2 = \infty \prod k=1 P2 \biggl( \sigma (x) r2k , 1 r2k , \varepsilon k \biggr) . (20) При x = 0 рiвнiсть (20) набирає вигляду \infty \prod k=1 \biggl( 1 - \varepsilon k r2k \biggr) 2 = \infty \prod k=1 \biggl( 1 + \varepsilon k r2k \biggr) = 1. (21) Якщо \varepsilon k = 0, k = 1, 2, . . . , то рiвнiсть (21) очевидно має мiсце. У протилежному випадку, оскiльки за означенням \varepsilon k = hk - 1 i 0 \leq hk \leq 1, k = 1, 2, . . . , то - 1 \leq \varepsilon k \leq 0, отже, рiвнiсть (21) неможлива для жодного \varepsilon k \not = 0. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2019, т. 71, № 4 568 А. М. САМОЙЛЕНКО В результатi маємо \varepsilon k = 0, k = 1, 2, . . . . (22) Таким чином, з урахуванням (22) формула (20) набирає вигляду F (x) = \infty \prod k=1 P2 \biggl( \sigma (x) r2k , 1 r2k , 0 \biggr) . Пiдсумовуючи, отримуємо таке твердження. Теорема 2. Для R-iнтеграла (1) має мiсце рiвнiсть f(s) = \infty \prod k=1 \biggl( 1 - \sigma (s) r2k \biggr) . (23) Дiйсно, оскiльки P2 \biggl( \sigma (x) r2k , 1 r2k , 0 \biggr) = \biggl( 1 - \sigma (x) r2k \biggr) 2 , то iз формули (20) при \varepsilon k = 0 отримуємо рiвнiсть f(x) = \infty \prod k=1 \biggl( 1 - \sigma (x) r2k \biggr) , продовживши яку з дiйсної осi \BbbR на комплексну площину \BbbC , отримаємо для f(s) як рiвнiсть (1), так i рiвнiсть (23). Щоб нулi f(s) були комплексно-спряженими, досить, щоб виконувалася нерiвнiсть r1 > 1 2 . При її виконаннi всi нулi рiвностi (23) комплексно-спряженi i належать прямiй x = 1 2 . Зазначимо, що оскiльки при доведеннях теорем 1 i 2 не використовувалися конкретнi ха- рактеристики iнтеграла, то цi теореми мають мiсце для всiх функцiй з аналогiчними iнтегралу (1) властивостями. Насамкiнець наведемо важливий висновок iз теореми 2 вiдносно \zeta -функцiї, пов’язаної з R-iнтегралом рiвнiстю [1] - \Gamma \Bigl( s 2 \Bigr) \sigma (s)\zeta (s) = \pi s 2 f(s). (24) Iз (24) отримуємо s(s - 1)\zeta (s) = \Gamma - 1 \Bigl( s 2 \Bigr) \pi s 2 f(s), або з урахуванням теореми 2 s(s - 1)\zeta (s) = 1 2 s\pi s 2 e\gamma s 2 \infty \prod n=1 \Bigl( \Bigl( 1 + s 2n \Bigr) e - s 2n \Bigr) \infty \prod k=1 \biggl( 1 - \sigma (s) r2k \biggr) . (25) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2019, т. 71, № 4 ПОРЯДОК ТА КАНОНIЧНИЙ ДОБУТОК ВЕЙЄРШТРАССА R-IНТЕГРАЛА 569 Далi iз (25) маємо s \Biggl( \Biggl( (s - 1)\zeta (s) - 1 2 \pi s 2 e\gamma s 2 \infty \prod n=1 \Bigl( \Bigl( 1 + s 2n \Bigr) e - s 2n \Bigr) \times \times \infty \prod k=1 \biggl( 1 - \sigma (s) r2k \biggr) \Biggr) + \biggl( \zeta (0) + 1 2 \biggr) \delta 1(s) \Biggr) = 0, (26) де \delta 1(s) — функцiя одиничного носiя, зосередженого в точцi 0 [5], \delta 1(s) = \Biggl\{ 1, s = 0, 0, s \not = 0. Оскiльки \zeta (0) + 1 2 = 0, то з (26) отримуємо рiвнiсть (s - 1)\zeta (s) = 1 2 e(ln\pi +\gamma ) s 2 \infty \prod n=1 \Bigl( \Bigl( 1 + s 2n \Bigr) e - s 2n \Bigr) \infty \prod k=1 \biggl( 1 - \sigma (s) r2k \biggr) . (27) Отже, згiдно з (27) \zeta -функцiя допускає розклад у добуток \zeta (s) = 1 2(s - 1) e(ln\pi +\gamma ) s 2 \infty \prod n=1 \Bigl( \Bigl( 1 + s 2n \Bigr) e - s 2n \Bigr) \infty \prod k=1 \biggl( 1 - \sigma (s) r2k \biggr) за тривiальними нулями - 2n, n = 1, 2, . . . , \zeta (s) та за її нулями 1 2 \pm itk , tk = \sqrt{} r2k - 1 4 , r1 > 1 2 , зi смуги 0 \leq x \leq 1. Запишемо рiвняння для визначення нетривiальних нулiв \zeta -функцiї: f(s) = 0. (28) Згiдно з (1) рiвняння (28) має вигляд \sigma (s) \infty \int 1 \bigl( x s 2 + x 1 - s 2 \bigr) \theta (x)dx = 1. (29) Виконаємо у (29) замiну змiнних, поклавши s = 1 2 + it, t > 0, та отримаємо, оскiльки \sigma \biggl( 1 2 + it \biggr) = \biggl( 1 2 + it \biggr) \biggl( 1 2 - it \biggr) = 1 4 + t2, x 1 2( 1 2 +it) + x 1 2(1 - 1 2 - it) = x 1 4 + i 2 t + x 1 4 - i 2 t = = x 1 4 \Bigl( e i 2 t lnx + e - i 2 t lnx \Bigr) , ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2019, т. 71, № 4 570 А. М. САМОЙЛЕНКО рiвняння (29) у нових змiнних: 2 \biggl( 1 4 + t2 \biggr) \infty \int 1 \psi (x)x - 3 4 \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( 1 2 t \mathrm{l}\mathrm{n}x \biggr) dx = 1. (30) У позначеннях iз [6] рiвняння (30) набирає вигляду \Xi (t) = 1 2 - \biggl( 1 4 + t2 \biggr) \infty \int 1 \psi (x)x - 3 4 \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( 1 2 t \mathrm{l}\mathrm{n}x \biggr) dx = 0. Лiтература 1. Математическая энциклопедия: В 5 т. — М.: Сов. энцикл., 1979. — Т. 2. — 552 с. 2. Hadamard J. Étude sur les propriétés des fonctions entières et en particulier d’une fonction considérée par Riemann // J. Math. Pures et Appl. — 1893. — 9, Ser. 4. — P. 171 – 215. 3. Weierstrass K. Math. Werke. — 1895. — Bd 2, B. 4. Маркушевич А. И. Теория аналитических функций. — Изд. 2-е, испр. и доп. — М.: Наука, 1968. — Т. 2. — 624 с. 5. Самойленко А. M. Сингулярне iнтегральне рiвняння, еквiвалентне у просторi гладких функцiй звичайному диференцiальному, метод послiдовних наближень побудови його гладких розв’язкiв та його негладкi розв’язки // Укр. мат. журн. – 2019. – 71, № 4. – С. 543 – 563. 6. Риман Б. Сочинения: Пер. с нем. — М; Л., 1948. — С. 218 – 219. Одержано 03.04.19 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2019, т. 71, № 4
id umjimathkievua-article-1457
institution Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-03-24T02:05:44Z
publishDate 2019
publisher Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv umjimathkievua/ef/bf9052ac105a721c8403a466ac8a1bef.pdf
spelling umjimathkievua-article-14572019-12-05T10:12:29Z Order and canonical product of the Weierstrass $R$-integral Порядок та канонічний добуток Вейєрштрасса $R$-інтеграла Samoilenko, A. M. Самойленко, А. М. The order of the $R$-integral is specified and its representation in the form of the canonical Weierstrass product is found. УДК 517.2 Уточнено порядок $R$-iнтеграла та знайдено його зображення канонiчним добутком Вейєрштрасса. Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2019-04-25 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1457 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 71 No. 4 (2019); 564-570 Український математичний журнал; Том 71 № 4 (2019); 564-570 1027-3190 uk https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1457/441 Copyright (c) 2019 Samoilenko A. M.
spellingShingle Samoilenko, A. M.
Самойленко, А. М.
Order and canonical product of the Weierstrass $R$-integral
title Order and canonical product of the Weierstrass $R$-integral
title_alt Порядок та канонічний добуток Вейєрштрасса $R$-інтеграла
title_full Order and canonical product of the Weierstrass $R$-integral
title_fullStr Order and canonical product of the Weierstrass $R$-integral
title_full_unstemmed Order and canonical product of the Weierstrass $R$-integral
title_short Order and canonical product of the Weierstrass $R$-integral
title_sort order and canonical product of the weierstrass $r$-integral
url https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1457
work_keys_str_mv AT samoilenkoam orderandcanonicalproductoftheweierstrassrintegral
AT samojlenkoam orderandcanonicalproductoftheweierstrassrintegral
AT samoilenkoam porâdoktakanoníčnijdobutokvejêrštrassaríntegrala
AT samojlenkoam porâdoktakanoníčnijdobutokvejêrštrassaríntegrala