6

Степенные ряды с целыми коэффициентами в смысле Гурвица

[14/100%]
Показать
LaTeX
Задача 8.174

Если функция f(z)f(z) целочисленна (H)(H), то также

df(z)dz и ∫0zf(z)dz \frac{d f(z)}{d z} \text{ и } \int _{0}^{z} f(z) d z

целочисленны (H)(H).

?
Задача 8.175

Если f(z)f(z) и g(z)g(z) целочисленны (H)(H), то также

f(z)+g(z),f(z)−g(z),f(z)g(z) f(z)+g(z), \quad f(z)-g(z), \quad f(z) g(z)

целочисленны (H)(H), а при g(0)=±1g(0)= \pm 1 еще и отношение

f(z)g(z) \frac{f(z)}{g(z)}

целочисленно (H)(H).

?
Задача 8.176

Если функция f(z)f(z) целочисленна (H)(H) и f(0)=0f(0)=0, то также

[f(z)]mm! \frac{\left[f(z)\right]^{m}}{m!}

целочисленно (H)(H) (m=1,2,3,…)(m=1,2,3, \ldots ).

?
Задача 8.177

Если f(z)f(z) и g(z)g(z) целочисленны (H)(H) и f(0)=0f(0)=0, то функция g[f(z)]g[f(z)] также целочисленна (H)(H).

?
Задача 8.178

Функция φ(z)\varphi (z), однозначно определяемая дифференциальным уравнением

(dφ(z)dz)2=1−[φ(z)]4 \left(\frac{d \varphi (z)}{d z}\right)^{2}=1-\left[\varphi (z)\right]^{4}

и начальными условиями φ(0)=0,φ′(0)>0\varphi (0)=0, \varphi^{\prime }(0)>0, разлагается в степенной ряд, целочисленный (H)(H).

?
Задача 8.179

(ez−1)3≡2(z33!+z55!+z77!+…)( mod 4)\left(e^{z}-1\right)^{3} \equiv 2\left(\frac{z^{3}}{3!}+\frac{z^{5}}{5!}+\frac{z^{7}}{7!}+\ldots \right)(\bmod 4).

?
Задача 8.180

При всяком простом pp

(ez−1)p−1≡−(zp−1(p−1)!+z2(p−1)(2p−2)!+z3(p−1)(3p−3)!+…)( mod p). \left(e^{z}-1\right)^{p-1} \equiv -\left(\frac{z^{p-1}}{(p-1)!}+\frac{z^{2(p-1)}}{(2 p-2)!}+\frac{z^{3(p-1)}}{(3 p-3)!}+\ldots \right)(\bmod p) .
?
Задача 8.181

При каждом составном mm, превосходящем 4, получаем

(ez−1)m−1≡0( mod m). \left(e^{z}-1\right)^{m-1} \equiv 0(\bmod m) .
?
Задача 8.182

Бернуллиевы числа BnB_{n} определяются как коэффициенты в разложении

zez−1=1−z2+∑n=1∞(−1)n−1Bn(2n)!z2n(I 154) \frac{z}{e^{z}-1}=1-\frac{z}{2}+\sum _{n=1}^{\infty } \frac{(-1)^{n-1} B_{n}}{(2 n)!} z^{2 n} \tag {I 154}

Имеем

B1=16=1−12−13,B2=130=−1+12+13+15,B3=142=1−12−13−17,B4=130=−1+12+13+15,B5=566=1−12−13−111,B6=6912730=−1+12+13+15+17+113,B7=76=2−12−13,B8=3617510=6+12+13+15+117. \begin{array}{ll} B_{1}=\frac{1}{6}=1-\frac{1}{2}-\frac{1}{3}, & B_{2}=\frac{1}{30}=-1+\frac{1}{2}+\frac{1}{3}+\frac{1}{5}, \\ B_{3}=\frac{1}{42}=1-\frac{1}{2}-\frac{1}{3}-\frac{1}{7}, & B_{4}=\frac{1}{30}=-1+\frac{1}{2}+\frac{1}{3}+\frac{1}{5}, \\ B_{5}=\frac{5}{66}=1-\frac{1}{2}-\frac{1}{3}-\frac{1}{11}, & B_{6}=\frac{691}{2730}=-1+\frac{1}{2}+\frac{1}{3}+\frac{1}{5}+\frac{1}{7}+\frac{1}{13}, \\ B_{7}=\frac{7}{6}=2-\frac{1}{2}-\frac{1}{3}, & B_{8}=\frac{3617}{510}=6+\frac{1}{2}+\frac{1}{3}+\frac{1}{5}+\frac{1}{17} . \end{array}

Вообще

Bn=Gn+(−1)n(12+13+1α+1β+1γ+…), B_{n}=G_{n}+(-1)^{n}\left(\frac{1}{2}+\frac{1}{3}+\frac{1}{\alpha }+\frac{1}{\beta }+\frac{1}{\gamma }+\ldots \right),

где GnG_{n} — целое число, а 2,3,α,β,γ,…2,3, \alpha , \beta , \gamma , \ldots — простые числа, на единицу превосходящие какой-нибудь делитель числа 2n2 n.

?
Задача 8.183

Коэффициенты CnC_{n} ряда

zφ(z)=∑n=0∞Cn(4n)!z4n, \frac{z}{\varphi (z)}=\sum _{n=0}^{\infty } \frac{C_{n}}{(4 n)!} z^{4 n},

где φ(z)\varphi (z) — функция задачи 178, рациональны, причем знаменатели их не делятся ни на один квадрат, кроме единицы, и содержат лишь простые множители, которые ≡1( mod 4)\equiv 1(\bmod 4).

?
Задача 8.184

Дифференциальное уравнение

(d℘(z)dz)2=4[℘(z)]3−4℘(z) \left(\frac{d \wp (z)}{d z}\right)^{2}=4\left[\wp (z)\right]^{3}-4 \wp (z)

обладает вполне определенным интегралом вида

℘(z)=1z2+∑n=1∞Dn(4n)!z4n−2 \wp (z)=\frac{1}{z^{2}}+\sum _{n=1}^{\infty } \frac{D_{n}}{(4 n)!} z^{4 n-2}

(℘(z)\wp (z) есть частная эллиптическая, так называемая «лемнискатическая» функция; параллелограммом периодов служит квадрат). Коэффициенты DnD_{n} рациональны, причем знаменатели их не делятся ни на один квадрат, кроме единицы, и содержат лишь простые множители, которые ≡1( mod 4)\equiv 1(\bmod 4).

?
Задача 8.185

Если степенной ряд ∑n=0∞ann!zn\sum_{n=0}^{\infty } \frac{a_{n}}{n!} z^{n}, целочисленный (H)(H), удовлетворяет однородному линейному дифференциальному уравнению с постоянными коэффициентами, то последовательность a0,a1,a2,…,an,…a_{0}, a_{1}, a_{2}, \ldots , a_{n}, \ldots коэффициентов этого ряда — периодическая по любому модулю, начиная с некоторого места.

?
Примечание.
?

Примерами этому служат уже 179, 180.

Задача 8.186

Степенной ряд

y=1+2x1!+6x22!+20x33!+…+(2nn)xnn!+… y=1+\frac{2 x}{1!}+\frac{6 x^{2}}{2!}+\frac{20 x^{3}}{3!}+\ldots +\binom {2 n}{n} \frac{x^{n}}{n!}+\ldots

показывает, что теорема 185 не может быть непосредственно распространена на однородные линейные дифференциальные уравнения, коэффициентами которых служат полиномы.

?
Задача 8.187

Если степенной ряд целой трансцендентной функции g(z)g(z) целочислен (H)(H), то максимум модуля функции g(z)g(z) (IV, гл. 1) удовлетворяет неравенству

lim sup⁡r→∞M(r)e−rr⩾12π. \limsup _{r \rightarrow \infty } M(r) e^{-r} \sqrt{r} \geqslant \frac{1}{\sqrt{2 \pi }} .
?