デデキント・エータ関数

上半平面におけるデデキントη関数

数学においてデデキント・エータ関数は、リチャード・デデキントにちなんで名付けられた、重み1/2のモジュラー形式であり、虚部が正である複素数上半平面上で定義される関数である。ボゾン弦理論にも現れる

意味

Im( τ ) > 0 を満たす任意の複素数τに対してq = e 2 πiτとすると、η関数は次のように定義される。

エータ方程式を24乗し、( ) 12を掛けると、

ここで、Δはモジュラー判別式である。24存在は、24次元リーチ格子などの他の例との関連で理解できる。

エータ関数は上半平面上では正則ですが、それを超えて解析的に継続することはできません。

単位円上のオイラー係数φ。黒=0、赤=4となるように色分けされている。
qの関数としてのモジュラー判別式の実部

エータ関数は関数方程式[1]を満たす。

2番目の方程式では、τ = iのときに = 1となるように平方根の枝が選択されます。

より一般的には、abcdがadbc = 1を満たす整数であるとすると、

モジュラー群に属する変換である。c > 0、またはc = 0かつd = 1と仮定することができる。その場合、

どこ

ここでs ( h , k )はデデキント和である

これらの関数方程式により、イータ関数は重みのモジュラー形式となる1/2⁠およびモジュラー群のメタプレクティック二重被覆の位数24の特定の指標に対するレベル1のモジュラー群であり、他のモジュラー形式を定義するために使用できる。特に、ワイエルシュトラスの楕円関数のモジュラー判別式は、

次のように定義できる

これは重み12のモジュラー形式です。著者によっては(2π ) 12係数を省略して級数展開に整数係数を持たせる人もいます。

ヤコビの三重積は、引数の特別な値に対して、イータが(因数を除いて)ヤコビのシータ関数であることを意味する: [2]

ここで、χ ( n )はχ (±1) = 1かつχ (±5) = −1を満たす 12 を法とするディリクレ指標である。明示的には、[引用が必要]

オイラー関数

はオイラー恒等式によるべき級数を持つ

のオイラー五角数定理用いると、エータ関数は次のように表せる ことに注意されたい。

これは、オイラーの五角数定理とイータ関数の定義 を使用して証明できます。

イータ関数を見るもう一つの方法は、次の極限を通してである。

あるいは次のようになります:

ヤコビ・シータ関数どこにあり、

イータ関数はどちらの級数からも数値的に簡単に計算できるため、可能な場合は他の関数をイータ関数で表現すると計算に役立つことが多く、イータ関数の積と商はイータ商と呼ばれ、さまざまなモジュラー形式を表現するために使用できます。

このページの図は、オイラー関数の係数、すなわちqの追加因子を示しています1/24これとηの間には視覚的な違いはほとんど見られません。したがって、この図はηをqの関数として描いた図と見ることができます

組み合わせ恒等式

アフィンリー代数代数的指標の理論は、これまで知られていなかったエータ関数の大規模な恒等式を生み出す。これらの恒等式は、ワイル・カック指標公式、より具体的にはいわゆる「分母恒等式」から導かれる。指標自体によって、モジュラー群の下で変換するヤコビ・シータ関数の一般化を構成することが可能となり、これが恒等式へと繋がる。そのような新しい恒等式の一例として[3]が挙げられる。

ここで、q = e 2 πiτは、モジュールの最大重量のqアナログまたは「変形」です。

特別な値

上記のオイラー関数との関連と後者の特殊値から、次のことが容易に推測できる。

イータ商

イータ商は次の形式の商で定義される。

ここで、dは非負の整数、r dは任意の整数である。虚数2次引数におけるイータ商の線形結合は代数的となる場合があり、またイータ商の線形結合は整数的となる場合もある。例えば、次のように定義する。

ウェーバーモジュラー関数 𝔣( τ )の24乗で表すと

など、ラマヌジャン-佐藤級数に現れる値。

イータ商は、直接計算したり表現したりすることが難しいモジュラー形式の基底を記述するのにも役立つツールとなる。1959年、モリス・ニューマンは、上に示した形式のイータ商η g 、すなわち

η g合同部分群Γ 0 ( N )重みkモジュラー形式(正則性を除く)であり、[ 4]

この結果は2019年に拡張され、 N6と互いに素な場合には逆が成り立つようになったが、元の定理がすべての整数Nに対してシャープであるかどうかは未解決のままである[5]これはまた、任意のレベルn合同部分群の任意のモジュラーイータ商は、Γ( N )のモジュラー形式でなければならないとも 述べることに拡張される。これらの定理はモジュラーイータ商を特徴付けるものであるが、正則性の条件はジェラール・リゴザ[6]とイヴ・マルタン[7]の研究から生まれた定理を用いて別途確認する必要がある。

η g が整数Nに対して上記の条件を満たすイータ商であり、cdが互いに素な整数である場合、尖点 における消失の順序はc/d Γ 0 ( N )に対する相対値

これらの定理は、正則モジュラー・イータ商を作成するための効果的な手段を提供しますが、モジュラー形式とカスプ形式のベクトル空間の基底を構成するには十分ではない可能性があります。考慮すべきモジュラー・イータ商の数を制限するための有用な定理は、Γ 0 ( N )上の正則 な重みkのモジュラー・イータ商は、

ここでord p ( N )はp mがN割り切る最大の整数mを表す。[8]これらの結果は、モジュラーイータ商で張られるモジュラー形式の空間のいくつかの特徴付けにつながる。[8]モジュラー形式の環上の次数付き環構造を用いて、イータ商の-線型結合からなるモジュラー形式のベクトル空間の基底を計算することができる。例えば、N = pqが半素数であると仮定すると、次のプロセスを使用してM k0 ( N ))のイータ商基底を計算することができる[5]

  1. 6と互いに素な半素数N = pq(つまり、p , q > 3)を固定します。上記の定理を用いて任意のモジュラーイータ商を求めることができることが分かっているので、アルゴリズム的に計算することは合理的です。
  2. M k0 ( N ))次元Dを計算します。これにより、基底を形成するために計算する必要がある線形独立なモジュラーイータ商の数がわかります。
  3. 考慮すべきイータ商の数を減らす。半素数の場合、以下の境界値を用いて分割数を減らすことができる。

    そして、 Γ 0 ( N )のカスプにおける消失次数の合計は

    . [5]
  4. Sを4つの組に分割するすべての分割( Γ 0 ( N )のカスプは4つあります)を求め、その中でニューマンの条件を満たす分割のみを考えます(消失の順序を指数に変換できます)。これらの分割はそれぞれ、一意のイータ商に対応します。
  5. 各イータ商のq展開において、要素を一意に識別するために必要な項数の最小値を求めます(これはシュトゥルムの境界として知られる結果を用います)。次に、線形代数を用いて、これらのイータ商間の最大独立集合を求めます。
  6. D個の線形独立なイータ商がまだ見つかっていないと仮定して、 k M k 0 ( N ) )が(弱正則)イータ商で張られ、[8] M k k0 ( N ) )イータ商η gを含むような適切なベクトル空間M k (Γ 0 ( N ))を見つけます。
  7. 重みkを持つモジュラー形式fを取り、その重み k が計算したイータ商の範囲に含まれない。そして、 f η g をM k 0 ( N ))におけるイータ商の線形結合として計算し、 η gで割ります。結果は、fを目的のイータ商の線形結合として表したものです。基底が形成されるまでこれを繰り返します。

デデキントイータ関数の6300以上の積の恒等式を標準的かつ標準化された形式で収集したものが、マイケル・ソモスのウェブサイトの ウェイバックマシン[9]で入手できます。

参照

参考文献

  1. ^ シーゲル、CL (1954)。 「 η (−1/ τ ) = η ( τ ) τ / iの簡単な証明」。数学1 : 4.土井:10.1112/S0025579300000462。
  2. ^ バンプ、ダニエル(1998)、保型形式と表現、ケンブリッジ大学出版局、ISBN 0-521-55098-X
  3. ^ フックス、ユルゲン(1992)、アフィンリー代数と量子群、ケンブリッジ大学出版局、ISBN 0-521-48412-X
  4. ^ ニューマン、モリス (1959). 「モジュラー関数のクラスの構築と応用 (II)」.ロンドン数学会誌9 ( 3): 373– 387. doi :10.1112/plms/s3-9.3.373.
  5. ^ abc Allen, Michael; Anderson, Nicholas; Hamakiotes, Asimina; Oltsik, Ben; Swisher, Holly (2020). 「素数または半素数レベルのイータ商と楕円曲線」. Involve . 13 (5): 879– 900. arXiv : 1901.10511 . doi :10.2140/involve.2020.13.879. S2CID  119620241.
  6. ^ Ligozat、G. (1974)。ジャンル モジュールのクールブ 1。出版物 オルセー数学。 Vol. 75. UER Mathématique、パリ第 11 大学、オルセー。 p. 7411。
  7. ^ Martin, Yves (1996). 「乗法η商」.アメリカ数学会誌. 348 (12): 4825–4856. doi : 10.1090/S0002-9947-96-01743-6 .
  8. ^ abc Rouse, Jeremy; Webb, John J. (2015). 「イータ商によって張られるモジュラー形式の空間について」. Advances in Mathematics . 272 : 200–224. arXiv : 1311.1460 . doi : 10.1016/j.aim.2014.12.002 .
  9. ^ 「Dedekind Eta Function Product Identities by Michael Somos」。2019年7月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。

さらに読む

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