Teta işlevi - Theta function

Jacobi'nin orijinal teta işlevi θ₁ ile sen = benπz ve nome ile q = e^benπτ = 0.1e^0.1benπ. Sözleşmeler (Mathematica): ${ displaystyle { begin {align} theta _ {1} (u; q) & = 2q ^ { frac {1} {4}} sum _ {n = 0} ^ { infty} (- 1 ) ^ {n} q ^ {n (n + 1)} sin (2n + 1) u & = toplam _ {n = - infty} ^ { infty} (- 1) ^ {n- { frac {1} {2}}} q ^ { left (n + { frac {1} {2}} right) ^ {2}} e ^ {(2n + 1) iu} end {hizalı }}}$

İçinde matematik, teta fonksiyonları vardır özel fonksiyonlar nın-nin birkaç karmaşık değişken. Teorileri de dahil olmak üzere birçok alanda önemlidir. Abelian çeşitleri ve modül uzayları ve ikinci dereceden formlar. Ayrıca, Soliton teori. Bir Grassmann cebiri ayrıca şurada da görünürler: kuantum alan teorisi.^[1]

Teta fonksiyonunun en yaygın şekli, teoride meydana gelendir. eliptik fonksiyonlar. Karmaşık değişkenlerden biri ile ilgili olarak (geleneksel olarak z), bir teta fonksiyonu, ilişkili eliptik fonksiyonların bir periyodunun eklenmesine göre davranışını ifade eden bir özelliğe sahiptir, yarı periyodik fonksiyon. Soyut teoride bu, bir hat demeti durumu iniş.

Jacobi teta işlevi

Jacobi theta 1

Jacobi theta 2

Jacobi theta 3

Jacobi theta 4

Jacobi teta fonksiyonları adı verilen yakından ilişkili birkaç fonksiyon ve bunlar için birçok farklı ve uyumsuz gösterim sistemi vardır. Bir Jacobi teta işlevi (adını Carl Gustav Jacob Jacobi ) iki karmaşık değişken için tanımlanan bir fonksiyondur z ve τ, nerede z herhangi bir karmaşık sayı olabilir ve τ ... yarı dönem oranı ile sınırlı üst yarı düzlem bu, pozitif hayali kısmı olduğu anlamına gelir. Formül ile verilir

${ displaystyle { begin {align} vartheta (z; tau) & = sum _ {n = - infty} ^ { infty} exp left ( pi içinde ^ {2} tau +2 pi inz right) & = 1 + 2 sum _ {n = 1} ^ { infty} left (e ^ { pi i tau} sağ) ^ {n ^ {2}} cos (2 pi nz) & = sum _ {n = - infty} ^ { infty} q ^ {n ^ {2}} eta ^ {n} end {hizalı}}}$

nerede q = exp (πiτ) ... Hayır ben ve η = exp (2πiz). Bu bir Jacobi formu. Sabit τ, bu bir Fourier serisi 1 periyodik tüm işlev nın-nin z. Buna göre, teta fonksiyonu 1 periyodiktir z:

${ displaystyle vartheta (z + 1; tau) = vartheta (z; tau).}$

Aynı zamanda τ-quasiperiodic olarak z, ile

${ displaystyle vartheta (z + tau; tau) = exp [- pi i ( tau + 2z)] vartheta (z; tau).}$

Böylece genel olarak

${ Displaystyle vartheta (z + a + b tau; tau) = exp sol (- pi ib ^ {2} tau -2 pi ibz sağ) vartheta (z; tau)}$

herhangi bir tam sayı için a ve b.

Teta işlevi θ₁ farklı nome ile q = e^benπτ. Sağdaki resimdeki siyah nokta, q ile değişir τ.

Teta işlevi θ₁ farklı nome ile q = e^benπτ. Sağdaki resimdeki siyah nokta, q ile değişir τ.

Yardımcı fonksiyonlar

Yukarıda tanımlanan Jacobi teta işlevi bazen üç yardımcı teta işlevi ile birlikte değerlendirilir, bu durumda çift 0 alt simge ile yazılır:

${ displaystyle vartheta _ {00} (z; tau) = vartheta (z; tau)}$

Yardımcı (veya yarım dönem) işlevler şu şekilde tanımlanır:

${ displaystyle { begin {align} vartheta _ {01} (z; tau) & = vartheta left (z + { tfrac {1} {2}}; tau sağ) [3pt] vartheta _ {10} (z; tau) & = exp left ({ tfrac {1} {4}} pi i tau + pi iz right) vartheta left (z + { tfrac {1} {2}} tau; tau right) [3pt] vartheta _ {11} (z; tau) & = exp left ({ tfrac {1} {4}} pi i tau + pi i left (z + { tfrac {1} {2}} right) right) vartheta left (z + { tfrac {1} {2}} tau + { tfrac {1} {2}}; tau sağ). End {hizalı}}}$

Bu gösterim aşağıdaki Riemann ve Mumford; Jacobi orijinal formülasyonu, Hayır ben q = e^benπτ ziyade τ. Jacobi'nin gösteriminde θ-fonksiyonlar yazılır:

${ displaystyle { başlar {hizalı} theta _ {1} (z; q) & = - vartheta _ {11} (z; tau) theta _ {2} (z; q) & = vartheta _ {10} (z; tau) theta _ {3} (z; q) & = vartheta _ {00} (z; tau) theta _ {4} (z; q) & = vartheta _ {01} (z; tau) end {hizalı}}}$

Jacobi teta fonksiyonlarının yukarıdaki tanımları hiçbir şekilde benzersiz değildir. Görmek Jacobi teta fonksiyonları (gösterimsel varyasyonlar) daha fazla tartışma için.

Eğer ayarlarsak z = 0 Yukarıdaki teta fonksiyonlarında, dört fonksiyon elde ederiz τ yalnızca, üst yarı düzlemde tanımlanmıştır (bazen teta sabitleri olarak adlandırılır.) Bunlar, çeşitli modüler formlar ve belirli eğrileri parametrize etmek için; özellikle Jacobi kimliği dır-dir

${ displaystyle vartheta _ {00} (0; tau) ^ {4} = vartheta _ {01} (0; tau) ^ {4} + vartheta _ {10} (0; tau) ^ {4}}$

hangisi Fermat eğrisi dördüncü derece.

Jacobi kimlikleri

Jacobi'nin kimlikleri, teta işlevlerinin modüler grup tarafından üretilen τ ↦ τ + 1 ve τ ↦ −1/τ. İlk dönüşüm için denklemler, bir tane ekledikten sonra kolayca bulunur. τ üs, eklemekle aynı etkiye sahiptir 1/2 -e z (n ≡ n² mod 2). İkincisi için izin ver

${ displaystyle alpha = (- i tau) ^ { frac {1} {2}} exp left ({ frac { pi} { tau}} iz ^ {2} sağ).}$

Sonra

${ displaystyle { begin {align} vartheta _ {00} ! left ({ frac {z} { tau}}; { frac {-1} { tau}} sağ) & = alpha , vartheta _ {00} (z; tau) quad & vartheta _ {01} ! left ({ frac {z} { tau}}; { frac {-1} { tau}} right) & = alpha , vartheta _ {10} (z; tau) [3pt] vartheta _ {10} ! left ({ frac {z} { tau} }; { frac {-1} { tau}} right) & = alpha , vartheta _ {01} (z; tau) quad & vartheta _ {11} ! left ({ frac {z} { tau}}; { frac {-1} { tau}} right) & = - i alpha , vartheta _ {11} (z; tau). end { hizalı}}}$

Nome cinsinden teta fonksiyonları

Theta fonksiyonlarını şu terimlerle ifade etmek yerine z ve τ, onları argümanlar açısından ifade edebiliriz w ve Hayır ben q, nerede w = e^πiz ve q = e^πiτ. Bu formda işlevler,

${ displaystyle { begin {align} vartheta _ {00} (w, q) & = sum _ {n = - infty} ^ { infty} (w ^ {2}) ^ {n} q ^ {n ^ {2}} quad & vartheta _ {01} (w, q) & = sum _ {n = - infty} ^ { infty} (- 1) ^ {n} (w ^ { 2}) ^ {n} q ^ {n ^ {2}} [3pt] vartheta _ {10} (w, q) & = sum _ {n = - infty} ^ { infty} ( w ^ {2}) ^ {n + { frac {1} {2}}} q ^ { left (n + { frac {1} {2}} right) ^ {2}} quad & vartheta _ {11} (w, q) & = i sum _ {n = - infty} ^ { infty} (- 1) ^ {n} (w ^ {2}) ^ {n + { frac {1 } {2}}} q ^ { left (n + { frac {1} {2}} sağ) ^ {2}}. End {hizalı}}}$

Teta fonksiyonlarının terimleriyle de tanımlanabileceğini görüyoruz. w ve q, üstel işleve doğrudan referans olmadan. Bu formüller, bu nedenle, Theta işlevlerini diğerlerine göre tanımlamak için kullanılabilir. alanlar üstel fonksiyonun alanları gibi her yerde tanımlanmayabilir p-adic sayılar.

Ürün gösterimleri

Jacobi üçlü ürün (özel bir durum Macdonald kimlikleri ) bize karmaşık sayılar için w ve q ile |q| < 1 ve w ≠ 0 sahibiz

${ displaystyle prod _ {m = 1} ^ { infty} sol (1-q ^ {2m} sağ) sol (1 + w ^ {2} q ^ {2m-1} sağ) sol (1 + w ^ {- 2} q ^ {2m-1} sağ) = toplam _ {n = - infty} ^ { infty} w ^ {2n} q ^ {n ^ {2}} .}$

Örneğin Hardy ve Wright'ın kitabında olduğu gibi, temel yollarla kanıtlanabilir. Sayılar Teorisine Giriş.

Teta fonksiyonunu nome cinsinden ifade edersek q = e^πiτ (bunun yerine bazı yazarları not ederek q = e^2πiτ) ve Al w = e^πiz sonra

${ displaystyle vartheta (z; tau) = toplamı _ {n = - infty} ^ { infty} exp ( pi i tau n ^ {2}) exp (2 pi izn) = toplam _ {n = - infty} ^ { infty} w ^ {2n} q ^ {n ^ {2}}.}$

Bu nedenle, teta fonksiyonu için bir çarpım formülü elde ederiz.

${ displaystyle vartheta (z; tau) = prod _ {m = 1} ^ { infty} { büyük (} 1- exp (2m pi i tau) { büyük)} { Büyük (} 1+ exp { büyük (} (2m-1) pi i tau +2 pi iz { büyük)} { Büyük)} { Büyük (} 1+ exp { büyük (} (2m-1) pi i tau -2 pi iz { büyük)} { Büyük)}.}$

Açısından w ve q:

${ displaystyle { başlar {hizalı} vartheta (z; tau) & = prod _ {m = 1} ^ { infty} sol (1-q ^ {2m} sağ) sol (1+ q ^ {2m-1} w ^ {2} right) left (1 + { frac {q ^ {2m-1}} {w ^ {2}}} sağ) & = left ( q ^ {2}; q ^ {2} sağ) _ { infty} , left (-w ^ {2} q; q ^ {2} sağ) _ { infty} , left ( - { frac {q} {w ^ {2}}}; q ^ {2} right) _ { infty} & = left (q ^ {2}; q ^ {2} sağ) _ { infty} , theta left (-w ^ {2} q; q ^ {2} sağ) end {hizalı}}}$

nerede (  ;  )_∞ ... q-Pochhammer sembolü ve θ(  ;  ) ... q-teta işlevi. Terimleri genişleten Jacobi üçlü ürünü de yazılabilir

${ displaystyle prod _ {m = 1} ^ { infty} sol (1-q ^ {2m} sağ) { Büyük (} 1+ sol (w ^ {2} + w ^ {- 2 } sağ) q ^ {2m-1} + q ^ {4m-2} { Büyük)},}$

biz de yazabiliriz

${ displaystyle vartheta (z orta q) = prod _ {m = 1} ^ { infty} sol (1-q ^ {2m} sağ) sol (1 + 2 cos (2 pi z) q ^ {2m-1} + q ^ {4m-2} sağ).}$

Bu form genel olarak geçerlidir ancak açık bir şekilde özellikle z gerçek. Yardımcı teta fonksiyonları için benzer ürün formülleri

${ displaystyle { başlar {hizalı} vartheta _ {01} (z orta q) & = prod _ {m = 1} ^ { infty} sol (1-q ^ {2m} sağ) left (1-2 cos (2 pi z) q ^ {2m-1} + q ^ {4m-2} right), [3pt] vartheta _ {10} (z mid q) & = 2q ^ { frac {1} {4}} cos ( pi z) prod _ {m = 1} ^ { infty} left (1-q ^ {2m} right) left (1 +2 cos (2 pi z) q ^ {2m} + q ^ {4m} right), [3pt] vartheta _ {11} (z mid q) & = - 2q ^ { frac {1} {4}} sin ( pi z) prod _ {m = 1} ^ { infty} left (1-q ^ {2m} right) left (1-2 cos (2 pi z) q ^ {2m} + q ^ {4m} sağ). end {hizalı}}}$

İntegral gösterimler

Jacobi teta fonksiyonları aşağıdaki integral gösterimlere sahiptir:

${ displaystyle { begin {align} vartheta _ {00} (z; tau) & = - i int _ {i- infty} ^ {i + infty} e ^ {i pi tau u ^ {2}} { frac { cos (2uz + pi u)} { sin ( pi u)}} mathrm {d} u; [6pt] vartheta _ {01} (z; tau ) & = - i int _ {i- infty} ^ {i + infty} e ^ {i pi tau u ^ {2}} { frac { cos (2uz)} { sin ( pi u)}} mathrm {d} u; [6pt] vartheta _ {10} (z; tau) & = - yani ^ {iz + { frac {1} {4}} i pi tau } int _ {i- infty} ^ {i + infty} e ^ {i pi tau u ^ {2}} { frac { cos (2uz + pi u + pi tau u)} { sin ( pi u)}} mathrm {d} u; [6pt] vartheta _ {11} (z; tau) & = e ^ {iz + { frac {1} {4}} i pi tau} int _ {i- infty} ^ {i + infty} e ^ {i pi tau u ^ {2}} { frac { cos (2uz + pi tau u)} { sin ( pi u)}} mathrm {d} u. end {hizalı}}}$

Açık değerler

Bkz Yi (2004).^[2][3]

${ displaystyle { başlar {hizalı} varphi (e ^ {- pi x}) & = vartheta (0; ix) = theta _ {3} (0; e ^ {- pi x}) = toplam _ {n = - infty} ^ { infty} e ^ {- x pi n ^ {2}} [8pt] varphi left (e ^ {- pi} sağ) & = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gama left ({ frac {3} {4}} right)}} [8pt] varphi left (e ^ { -2 pi} right) & = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gamma left ({ frac {3} {4}} right)}} { frac { sqrt [{4}] {6 + 4 { sqrt {2}}}} {2}} [8pt] varphi left (e ^ {- 3 pi} right) & = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gamma left ({ frac {3} {4}} right)}} { frac { sqrt [{4}] {27 + 18 { sqrt {3}}}} {3}} [8pt] varphi left (e ^ {- 4 pi} right) & = { frac { sqrt [{4}] { pi }} { Gama sol ({ frac {3} {4}} sağ)}} { frac {{ sqrt [{4}] {8}} + 2} {4}} [8pt ] varphi left (e ^ {- 5 pi} right) & = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gama left ({ frac {3} {4} } sağ)}} { frac { sqrt [{4}] {225 + 100 { sqrt {5}}}} {5}} [8pt] varphi left (e ^ {- 6 pi} sağ) & = { frac {{ sqrt [{3}] {3 { sqrt {2}} + 3 { sqrt [{4}] {3}} + 2 { sqrt {3} } - { sqrt [{4}] {27}} + { sqrt [{4}] {1728}} - 4}} cdot { sqrt [{8}] {243 { pi} ^ {2 }}}} {6 { sqrt [{6}] {1 + { sqrt {6}} - { sqrt {2}} - { sqrt {3}}}} { Gamma left ({ frac {3} {4}} right)}}} = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gamma left ({ frac {3} {4}} right)}} { frac { sqrt {{ sqrt [{4}] {1} } + { sqrt [{4}] {3}} + { sqrt [{4}] {4}} + { sqrt [{4}] {9}}}} { sqrt [{8}] {1728}}} [8pt] varphi left (e ^ {- 7 pi} right) & = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gama sol ( { frac {3} {4}} right)}} { sqrt {{ frac {{ sqrt {13 + { sqrt {7}}}} + { sqrt {7 + 3 { sqrt { 7}}}}} {14}} cdot { sqrt [{8}] {28}}}} = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gama sol ({ frac {3} {4}} sağ)}} { frac { sqrt [{4}] {7 + 4 { sqrt {7}} + 5 { sqrt [{4}] {28}} + { sqrt [{4}] {1372}}}} { sqrt {7}}} [8pt] varphi left (e ^ {- 8 pi} right) & = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gamma left ({ frac {3} {4}} right)}} { frac {{ sqrt [{8}] {128}} + { sqrt {2 + { sqrt {2}}}}} {4}} [8pt] varphi left (e ^ {- 9 pi} right) & = { frac { sqrt [ {4}] { pi}} { Gama sol ({ frac {3} {4}} sağ)}} { frac { left (1+ left (1 + { sqrt {3} } sağ) { sqrt [{3}] {2 - { sqrt {3}}}} sağ)} {3}} [8pt] varphi left (e ^ {- 10 pi} right) & = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gama left ({ frac {3} {4}} sağ)}} { frac { sqrt {20 + { sqrt {450}} + { sqrt {500}} + 10 { sqrt [{4}] {20}} }} {10}} [8pt] varphi left (e ^ {- 12 pi} right) & = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gama sol ({ frac {3} {4}} sağ)}} { frac { sqrt {{ sqrt [{4}] {1}} + { sqrt [{4}] {2}} + { sqrt [{4}] {3}} + { sqrt [{4}] {4}} + { sqrt [{4}] {9}} + { sqrt [{4}] {18}} + { sqrt [{4}] {24}}}} {2 { sqrt [{8}] {108}}}} [8pt] varphi left (e ^ {- 16 pi} sağ) & = { frac { sqrt [{4}] { pi}} { Gama left ({ frac {3} {4}} right)}} { frac { left (4+ { sqrt [{4}] {128}} + { sqrt [{4}] {1024 { sqrt [{4}] {8}} + 1024 { sqrt [{4}] {2}}} } sağ)} {16}} end {hizalı}}}$

Bazı seri kimlikleri

Sonraki iki seri kimliği, István Mező:^[4]

${ displaystyle { begin {align} vartheta _ {4} ^ {2} (q) & = iq ^ { frac {1} {4}} sum _ {k = - infty} ^ { infty } q ^ {2k ^ {2} -k} vartheta _ {1} left ({ frac {2k-1} {2i}} ln q, q right), [6pt] vartheta _ {4} ^ {2} (q) & = sum _ {k = - infty} ^ { infty} q ^ {2k ^ {2}} vartheta _ {4} left ({ frac {k ln q} {i}}, q sağ). end {hizalı}}}$

Bu ilişkiler herkes için geçerli 0 < q < 1. Değerlerinde uzmanlaşmak q, bir sonraki parametresiz toplamlarımız var

${ displaystyle { begin {align {align}} { sqrt { frac { pi { sqrt {e ^ { pi}}}} {2}}} cdot { frac {1} { Gamma ^ {2 } left ({ frac {3} {4}} right)}} & = i sum _ {k = - infty} ^ { infty} e ^ { pi left (k-2k ^ { 2} sağ)} vartheta _ {1} left ({ frac {i pi} {2}} (2k-1), e ^ {- pi} sağ), [6pt] { sqrt { frac { pi} {2}}} cdot { frac {1} { Gama ^ {2} left ({ frac {3} {4}} right)}} & = toplam _ {k = - infty} ^ { infty} { frac { vartheta _ {4} left (ik pi, e ^ {- pi} right)} {e ^ {2 pi k ^ {2}}}} end {hizalı}}}$

Jacobi teta fonksiyonlarının sıfırları

Jacobi teta fonksiyonlarının tüm sıfırları basit sıfırlardır ve aşağıdakiler tarafından verilir:

${ displaystyle { begin {align} vartheta (z, tau) = vartheta _ {3} (z, tau) & = 0 quad & Longleftrightarrow && quad z & = m + n tau + { frac {1} {2}} + { frac { tau} {2}} [3pt] vartheta _ {1} (z, tau) & = 0 quad & Longleftrightarrow && quad z & = m + n tau [3pt] vartheta _ {2} (z, tau) & = 0 quad & Longleftrightarrow && quad z & = m + n tau + { frac {1} {2 }} [3pt] vartheta _ {4} (z, tau) & = 0 quad & Longleftrightarrow && quad z & = m + n tau + { frac { tau} {2}} son {hizalı}}}$

nerede m, n keyfi tam sayılardır.

Riemann zeta işlevi ile ilişki

İlişki

${ displaystyle vartheta sol (0; - { frac {1} { tau}} sağ) = (- i tau) ^ { frac {1} {2}} vartheta (0; tau )}$

tarafından kullanıldı Riemann için fonksiyonel denklemi kanıtlamak için Riemann zeta işlevi aracılığıyla Mellin dönüşümü

${ displaystyle Gama sol ({ frac {s} {2}} sağ) pi ^ {- { frac {s} {2}}} zeta (s) = { frac {1} { 2}} int _ {0} ^ { infty} ( vartheta (0; it) -1) t ^ { frac {s} {2}} { frac { mathrm {d} t} {t }}}$

ikame edildiğinde değişmez olduğu gösterilebilir s tarafından 1 − s. Karşılık gelen integral z ≠ 0 ile ilgili makalede verilmiştir Hurwitz zeta işlevi.

Weierstrass eliptik fonksiyonuyla ilişki

Teta işlevi, Jacobi tarafından (kolay hesaplamaya uyarlanmış bir biçimde) oluşturmak için kullanıldı eliptik fonksiyonları yukarıdaki dört teta fonksiyonunun bölümleri olarak ve onun tarafından inşa etmek için kullanılmış olabilirdi Weierstrass'ın eliptik fonksiyonları ayrıca, o zamandan beri

${ displaystyle wp (z; tau) = - { büyük (} log vartheta _ {11} (z; tau) { büyük)} '' + c}$

ikinci türevin göre olduğu z ve sabit c öyle tanımlanmıştır ki Laurent genişlemesi nın-nin ℘(z) -de z = 0 sıfır sabit terimi vardır.

İlişkisi q-gamma işlevi

Dördüncü teta işlevi - ve dolayısıyla diğerleri de - yakın bir şekilde Jackson q-gamma işlevi ilişki yoluyla^[5]

${ displaystyle sol ( Gama _ {q ^ {2}} (x) Gama _ {q ^ {2}} (1-x) sağ) ^ {- 1} = { frac {q ^ { 2x (1-x)}} { left (q ^ {- 2}; q ^ {- 2} right) _ { infty} ^ {3} left (q ^ {2} -1 sağ) }} vartheta _ {4} left ({ frac {1} {2i}} (1-2x) log q, { frac {1} {q}} sağ).}$

Dedekind eta fonksiyonu ile ilişkiler

İzin Vermek η(τ) ol Dedekind eta işlevi ve teta işlevinin argümanı Hayır ben q = e^πiτ. Sonra,

${ displaystyle { begin {align} theta _ {2} (0, q) = vartheta _ {10} (0; tau) & = { frac {2 eta ^ {2} (2 tau )} { eta ( tau)}}, [3pt] theta _ {3} (0, q) = vartheta _ {00} (0; tau) & = { frac { eta ^ {5} ( tau)} { eta ^ {2} left ({ frac {1} {2}} tau right) eta ^ {2} (2 tau)}} = { frac { eta ^ {2} left ({ frac {1} {2}} ( tau +1) sağ)} { eta ( tau +1)}}, [3pt] theta _ {4} (0, q) = vartheta _ {01} (0; tau) & = { frac { eta ^ {2} left ({ frac {1} {2}} tau right )} { eta ( tau)}}, end {hizalı}}}$

ve,

${ displaystyle theta _ {2} (0, q) , theta _ {3} (0, q) , theta _ {4} (0, q) = 2 eta ^ {3} ( tau).}$

Ayrıca bkz. Weber modüler fonksiyonları.

Eliptik modül

eliptik modül dır-dir

${ displaystyle k ( tau) = { frac { vartheta _ {10} (0, tau) ^ {2}} { vartheta _ {00} (0, tau) ^ {2}}}}$

ve tamamlayıcı eliptik modül

${ displaystyle k '( tau) = { frac { vartheta _ {01} (0, tau) ^ {2}} { vartheta _ {00} (0, tau) ^ {2}}} }$

Isı denklemine bir çözüm

Jacobi teta işlevi, temel çözüm tek boyutlu ısı denklemi mekansal olarak periyodik sınır koşulları ile.^[6] Alma z = x gerçek olmak ve τ = o ile t gerçek ve pozitif, yazabiliriz

${ displaystyle vartheta (x, o) = 1 + 2 toplamı _ {n = 1} ^ { infty} exp sol (- pi n ^ {2} t sağ) cos (2 pi nx)}$

ısı denklemini çözen

${ displaystyle { frac { kısmi} { kısmi t}} vartheta (x, it) = { frac {1} {4 pi}} { frac { kısmi ^ {2}} { kısmi x ^ {2}}} vartheta (x, it).}$

Bu teta fonksiyonu çözümü 1 periyodiktir x, ve benzeri t → 0 Periyodik yaklaşır delta işlevi veya Dirac tarağı anlamında dağıtımlar

${ displaystyle lim _ {t to 0} vartheta (x, it) = toplam _ {n = - infty} ^ { infty} delta (x-n)}$.

Isı denklemi için mekansal olarak periyodik başlangıç ​​değer probleminin genel çözümleri, başlangıç ​​verilerinin aşağıdaki adreste kıvrılmasıyla elde edilebilir. t = 0 teta fonksiyonu ile.

Heisenberg grubuyla ilişki

Jacobi teta fonksiyonu, ayrık bir alt grubunun eylemi altında değişmezdir. Heisenberg grubu. Bu değişmezlik, teta gösterimi Heisenberg grubunun.

Genellemeler

Eğer F bir ikinci dereceden form içinde n değişkenler, ardından teta işlevi F dır-dir

${ displaystyle theta _ {F} (z) = toplamı _ {m içinde mathbb {Z} ^ {n}} e ^ {2 pi izF (m)}}$

toplamı, kafes tam sayıların ${ displaystyle mathbb {Z} ^ {n}.}$ Bu teta işlevi bir modüler form ağırlık n/2 (uygun şekilde tanımlanmış bir alt grupta) modüler grup. Fourier açılımında,

${ displaystyle { hat { theta}} _ {F} (z) = toplam _ {k = 0} ^ { infty} R_ {F} (k) e ^ {2 pi ikz},}$

sayılar R_F(k) denir temsil numaraları şeklinde.

Dirichlet karakterinin teta serisi

İçin ${ displaystyle chi}$ ilkel Dirichlet karakteri modulo ${ displaystyle q}$ ve ${ displaystyle nu = { frac {1- chi (-1)} {2}}}$ sonra

${ displaystyle theta _ { chi} (z) = { frac {1} {2}} toplamı _ {n = - infty} ^ { infty} chi (n) n ^ { nu} e ^ {2i pi n ^ {2} z}}$

bir ağırlık ${ displaystyle { frac {1} {2}} + nu}$ modüler seviye formu ${ displaystyle 4q ^ {2}}$ ve karakter ${ displaystyle chi (d) sol ({ frac {-1} {d}} sağ) ^ { nu}}$yani

${ displaystyle theta _ { chi} sol ({ frac {az + b} {cz + d}} sağ) = chi (d) sol ({ frac {-1} {d}} sağ) ^ { nu} left ({ frac { theta _ {1} left ({ frac {az + b} {cz + d}} right)} { theta _ {1} ( z)}} sağ) ^ {1 + 2 nu} theta _ { chi} (z)}$

her ne zaman

${ displaystyle a, b, c, d in mathbb {Z} ^ {4}, ad-bc = 1, c equiv 0 { bmod {4}} q ^ {2}.}$^[7]

Ramanujan teta işlevi

Riemann teta işlevi

İzin Vermek

${ displaystyle mathbb {H} _ {n} = sol {F in M ​​(n, mathbb {C}) , { büyük |} , F = F ^ { mathsf {T}} ,, , operatöradı {Im} F> 0 sağ }}$

seti simetrik Meydan matrisler kimin hayali kısmı pozitif tanımlı. ${ displaystyle mathbb {H} _ {n}}$ denir Siegel üst yarı boşluk ve çok boyutlu analogudur. üst yarı düzlem. nboyutsal analoğu modüler grup ... semplektik grup ${ displaystyle operatorname {Sp} (2n, mathbb {Z});}$ için n = 1, ${ displaystyle operatorname {Sp} (2, mathbb {Z}) = operatorname {SL} (2, mathbb {Z}).}$ nboyutsal analoğu uygunluk alt grupları tarafından oynanır

${ displaystyle ker { big {} operatorname {Sp} (2n, mathbb {Z}) to operatorname {Sp} (2n, mathbb {Z} / k mathbb {Z}) { büyük }}.}$

Sonra verildi ${ displaystyle tau in mathbb {H} _ {n},}$ Riemann teta işlevi olarak tanımlanır

${ displaystyle theta (z, tau) = toplamı _ {m in mathbb {Z} ^ {n}} exp sol (2 pi i sol ({ tfrac {1} {2} } m ^ { mathsf {T}} tau m + m ^ { mathsf {T}} z sağ) sağ).}$

Buraya, ${ displaystyle z in mathbb {C} ^ {n}}$ bir nboyutlu karmaşık vektör ve üst simge T gösterir değiştirmek. Jacobi teta işlevi bu durumda özel bir durumdur. n = 1 ve ${ displaystyle tau in mathbb {H}}$ nerede ${ displaystyle mathbb {H}}$ ... üst yarı düzlem. Riemann theta fonksiyonunun önemli bir uygulaması, kompakt Riemann yüzeylerindeki meromorfik fonksiyonlar için açık formüllerin yanı sıra fonksiyon teorilerinde belirgin bir şekilde yer alan diğer yardımcı nesnelerin alınmasına izin vermesidir. ${ displaystyle tau}$ ilkinin kanonik temeli ile ilgili dönem matrisi olmak homoloji grubu.

Riemann theta, kompakt alt kümeleri üzerinde mutlak ve düzgün bir şekilde yakınsar. ${ displaystyle mathbb {C} ^ {n} times mathbb {H} _ {n}.}$

Fonksiyonel denklem

${ displaystyle theta (z + a + tau b, tau) = exp 2 pi i sol (-b ^ { mathsf {T}} z - { tfrac {1} {2}} b ^ { mathsf {T}} tau b right) theta (z, tau)}$

tüm vektörler için geçerli olan ${ displaystyle a, b in mathbb {Z} ^ {n},}$ ve herkes için ${ displaystyle z in mathbb {C} ^ {n}}$ ve ${ displaystyle tau in mathbb {H} _ {n}.}$

Poincaré serisi

Poincaré serisi teta serisini gelişigüzel göre otomorfik formlara genelleştirir Fuşya grupları.

Notlar

Referanslar

• Abramowitz, Milton; Stegun, Irene A. (1964). Matematiksel Fonksiyonlar El Kitabı. New York: Dover Yayınları. sn. 16.27ff. ISBN  978-0-486-61272-0.
• Akhiezer, Naum Illyich (1990) [1970]. Eliptik Fonksiyonlar Teorisinin Unsurları. Matematiksel Monografların AMS Çevirileri. 79. Providence, RI: AMS. ISBN  978-0-8218-4532-5.
• Farkas, Hershel M.; Kra, Irwin (1980). Riemann Yüzeyleri. New York: Springer-Verlag. ch. 6. ISBN  978-0-387-90465-8.. (Riemann theta tedavisi için)
• Hardy, G.H.; Wright, E.M. (1959). Sayılar Teorisine Giriş (4. baskı). Oxford: Clarendon Press.
• Mumford, David (1983). Teta I Üzerine Tata Dersleri. Boston: Birkhauser. ISBN  978-3-7643-3109-2.
• Pierpont, James (1959). Karmaşık Bir Değişkenin Fonksiyonları. New York: Dover Yayınları.
• Rauch, Harry E.; Farkas, Hershel M. (1974). Riemann Yüzeylerine Uygulamalar İçeren Theta Fonksiyonları. Baltimore: Williams ve Wilkins. ISBN  978-0-683-07196-2.
• Reinhardt, William P .; Walker, Peter L. (2010), "Theta İşlevleri", içinde Olver, Frank W. J.; Lozier, Daniel M .; Boisvert, Ronald F .; Clark, Charles W. (editörler), NIST Matematiksel Fonksiyonlar El Kitabı, Cambridge University Press, ISBN  978-0-521-19225-5, BAY  2723248
• Whittaker, E.T.; Watson, G.N. (1927). Modern Analiz Kursu (4. baskı). Cambridge: Cambridge University Press. ch. 21. (Jacobi'nin tarihi θ fonksiyonlar)

daha fazla okuma

• Farkas, Hershel M. (2008). "Karmaşık analiz ve sayı teorisinde teta fonksiyonları". İçinde Alladi, Krishnaswami (ed.). Sayı Teorisinde Araştırmalar. Matematikteki Gelişmeler. 17. Springer-Verlag. s. 57–87. ISBN  978-0-387-78509-7. Zbl  1206.11055.
• Schoeneberg, Bruno (1974). "IX. Teta serisi". Eliptik modüler fonksiyonlar. Grundlehren der mathematischen Wissenschaften. 203. Springer-Verlag. s. 203–226. ISBN  978-3-540-06382-7.
• Ackerman, M. Math. Ann. (1979) 244: 75. "Belirli Eisenstein Serilerinin Oluşturma Fonksiyonları Üzerine "Springer-Verlag

Hershel M. Farkas ile Harry Rauch: Riemann Surfaces, Williams ve Wilkins, Baltimore MD 1974 uygulamaları ile Theta fonksiyonları, ISBN  0-683-07196-3.

Dış bağlantılar

• Moiseev Igor. "Matlab ve Octave için eliptik fonksiyonlar".

Bu makale, Jacobi teta fonksiyonlarının Integral temsillerinden materyalleri içermektedir. PlanetMath altında lisanslı olan Creative Commons Atıf / Benzer Paylaşım Lisansı.