含有中心二项式系数以及广义调和数的无穷级数恒等式
Infinite Series Involving Central Binomial Coefficients and Generalized Harmonic Numbers
收稿日期: 2019-06-5
基金资助: |
|
Received: 2019-06-5
Fund supported: |
|
作者简介 About authors
刘红梅,E-mail:
该文以两个高斯超几何求和公式为基础,建立一系列关于中心二项式系数和广义调和数的无穷级数恒等式.
关键词:
In this paper, by appling Gauss's two hypergeometric summation formulas, we derive some infinite series expressions for the central binomial coefficients and the generalized harmonic numbers.
Keywords:
本文引用格式
刘红梅.
Liu Hongmei.
1 引言
中心二项式系数在数论、统计学和概率论等数学领域有着重要应用. 1979年Apéry[2]证明了下列无穷级数公式:
这里的
Hurwitz zeta函数为Riemann zeta函数的一个推广:
之后,形式为
广义调和数
当
当
显然,当
这里
为了推广超几何方法,需要将Bell多项式的相关内容作一介绍.对一个序列
具体表达式为
令
引理1.1 设
其中
证 根据对数函数的幂级数展开公式,有
由Bell多项式的定义(1.1),公式(1.2)得证.用相似的方法,可以推导出公式(1.3).
下面我们给出gamma函数的幂级数展开公式.为此,将Weierstrass定义的gamma公式先列出来:
这里
引理1.2 设
其中序列
证 由(1.4)式,有
因此,公式(1.5)得证.
在公式(1.5)中,分别令
2 基于Gauss定理的无穷限求和公式
在(2.1)中,作参数变换
提取上述式子左右两边的
定理2.1 对
其中两个序列
这里
注意到,这一定理等价于文献[14]中的结果(24)和(25).当
推论2.1 对
其中
根据Riemann和Hurwitz zeta函数的相关性质,
在(2.3)式中,令
推论2.2 对
其中
在(2.3)式中,令
推论2.3 对
其中
表 1 由推论2.1给出的关于中心二项式系数的求和公式
central binomial coefficient summation formulas | ||||
表 2 由推论2.2给出的关于中心二项式系数的求和公式
central binomial coefficient summation formulas | ||||
表 3 由推论2.3给出的关于中心二项式系数的求和公式
central binomial coefficient summation formulas | ||||
注2.1 在推论2.3和表 3中的关于中心二项式系数平方的公式在文章[4]和[22]中已被验证.
3 基于Gauss第二定理的无穷限求和公式
在(3.1)式中,作变量替换
定理3.1 对
其中两个序列
在(3.2)式中,令
在(3.2)式中,令
推论3.1 对
其中
例3.1 在(3.3)式中,令
这个恒等式在文献[15]也可看到.
例3.2 在(3.3)式中,令
证 在(3.3)式中,令
Hurwitz zeta函数(
由这个关系式,有
其中
根据digamma函数的关系式:
可以得到
因此
相似地,有下列求和公式成立.
例3.3 在(3.3)式中,令
例3.4 在(3.3)式中,令
证 在(3.3)式中,令
其中
其中
可得
例3.5 在(3.3)式中,令
例3.6 在(3.3)式中,令
证 在(3.3)式中,令
其中
根据关系式(3.5),可以推导出
例3.7 在(3.3)式中,令
参考文献
Discovering and proving infinite binomial sums identities
,
Ramanujan-like series for
The Gauss
DOI:10.1080/10652460903016166 [本文引用: 2]
Dixon's
DOI:10.1016/j.disc.2009.07.029
Hypergeometric series and the Riemann zeta function
,DOI:10.4064/aa-82-2-103-118 [本文引用: 2]
Hypergeometric approch to Apéry-like series
,DOI:10.1080/10652469.2017.1315416 [本文引用: 1]
Infinite series with harmonic numbers and central binomial coefficients
,
The polygamma function
Harmonic number identities via hypergeometric series and Bell polynomials
,DOI:10.1080/10652469.2011.553718 [本文引用: 1]
Generalized harmonic number summation formulae via hypergeometric series and digamma functions
,DOI:10.1080/10236198.2017.1318861 [本文引用: 1]
Gauss's theorem and harmonic number summation formulae with certain mathematical constants
,DOI:10.1080/10236198.2019.1572127 [本文引用: 1]
Interesting series involving the central binomial coefficient
,DOI:10.1080/00029890.1985.11971651 [本文引用: 2]
Harmonic number identities via the Newton-Andrews method
,DOI:10.1007/s11139-013-9511-1 [本文引用: 1]
Evaluations of sums involving harmonic numbers and binomial coefficients
,DOI:10.1080/10236198.2019.1647184 [本文引用: 1]
Further Ramanujan-like series containing harmonic numbers and squared binomial coefficients
,DOI:10.1007/s11139-019-00140-5
Further summation formulae related to generalized harmonic numbers
,DOI:10.1016/j.jmaa.2007.02.002 [本文引用: 1]
On the series
DOI:10.1016/0022-314X(85)90019-8 [本文引用: 1]
/
〈 | 〉 |