stała katalońska

W matematyce stała katalońska G jest zdefiniowana przez

gdzie β jest funkcją beta Dirichleta . Jego wartość liczbowa wynosi w przybliżeniu (sekwencja A006752 w OEIS )

G = 0,915 965 594 177 219 015 054 603 514 932 384 110 774
Nierozwiązany problem z matematyki :

Czy stała katalońska jest irracjonalna? Jeśli tak, to czy jest to transcendentalne?

Nie wiadomo, czy G jest irracjonalne , nie mówiąc już o transcendentalnym . G została nazwana „prawdopodobnie najbardziej podstawową stałą, której irracjonalność i transcendencja (choć mocno podejrzewana) pozostają nieudowodnione”.

Stała katalońska została nazwana na cześć Eugène'a Charlesa Catalana , który znalazł szybko zbieżne serie do swoich obliczeń i opublikował na jej temat wspomnienie w 1865 roku.

Używa

W topologii niskowymiarowej stała katalońska wynosi 1/4 objętości idealnego ośmiościanu hiperbolicznego , a zatem 1/4 objętości hiperbolicznej dopełnienia łącza Whiteheada . Jest to 1/8 objętości dopełnienia pierścieni boromejskich .

W kombinatoryce i mechanice statystycznej powstaje w związku z liczeniem kostek domina , drzewami rozpinającymi i cyklami hamiltonowskimi grafów siatkowych .

W teorii liczb pierwszych postaci zgodnie z Littlewooda F . Jednak nierozwiązanym problemem (jeden z problemów Landaua ) jest to, czy istnieje nawet nieskończenie wiele liczb pierwszych tej postaci.

Stała Catalana pojawia się również w obliczeniach rozkładu masy galaktyk spiralnych .

Znane cyfry

Liczba znanych cyfr katalońskiej stałej G dramatycznie wzrosła w ciągu ostatnich dziesięcioleci. Wynika to zarówno ze wzrostu wydajności komputerów, jak iz ulepszeń algorytmicznych.

Liczba znanych cyfr dziesiętnych stałej katalońskiej G
Data Cyfry dziesiętne Obliczenia wykonane przez
1832 16 Tomasza Clausena
1858 19 Carla Johana Danielssona Hilla
1864 14 Katalończyk Eugène Charles
1877 20 Jamesa WL Glaishera
1913 32 Jamesa WL Glaishera
1990 20 000 Greg J. Opłata
1996 50 000 Greg J. Opłata
14 sierpnia 1996 100 000 Greg J. Fee i Simon Plouffe
29 września 1996 300 000 Tomasza Papanikolaou
1996 1 500 000 Tomasza Papanikolaou
1997 3 379 957 Patryk Demichel
4 stycznia 1998 12 500 000 Xaviera Gourdona
2001 100 000 500 Xaviera Gourdona i Pascala Sebaha
2002 201 000 000 Xaviera Gourdona i Pascala Sebaha
październik 2006 5 000 000 000 Shigeru Kondo i Steve'a Pagliarulo
sierpień 2008 10 000 000 000 Shigeru Kondo i Steve'a Pagliarulo
31 stycznia 2009 r 15 510 000 000 Alexander J. Yee i Raymond Chan
16 kwietnia 2009 31 026 000 000 Alexander J. Yee i Raymond Chan
7 czerwca 2015 r 200 000 001 100 Roberta J. Settiego
12 kwietnia 2016 r 250 000 000 000 Rona Watkinsa
16 lutego 2019 r 300 000 000 000 Tiziana Hanselmanna
29 marca 2019 r 500 000 000 000 Mike A i Ian Cutress
16 lipca 2019 r 600 000 000 100 Seungmin Kim
6 września 2020 r 1 000 000 001 337 Andrzej Słońce
9 marca 2022 r 1 200 000 000 100 Seungmin Kim

Tożsamości integralne

Jak pisze Seán Stewart: „Istnieje bogate i pozornie nieskończone źródło całek oznaczonych, które można zrównać lub wyrazić w kategoriach stałej katalońskiej”. Niektóre z tych wyrażeń obejmują:

gdzie ostatnie trzy wzory odnoszą się do całek Malmstena .

Jeśli K( k ) jest zupełną całką eliptyczną pierwszego rodzaju , jako funkcja modułu eliptycznego k , to

Jeśli E( k ) jest zupełną całką eliptyczną drugiego rodzaju , jako funkcja modułu eliptycznego k , to

Z funkcją gamma Γ( x + 1) = x !

Całka

jest znaną funkcją specjalną, zwaną odwrotną całką styczną , i była szeroko badana przez Srinivasa Ramanujana .

Stosunek do innych funkcji specjalnych

G pojawia się w wartościach drugiej funkcji poligamma , zwanej także funkcją trygamma , przy argumentach ułamkowych:

Simon Plouffe podaje nieskończony zbiór tożsamości między funkcją trygamma, π 2 i stałą katalońską; można je wyrazić jako ścieżki na wykresie.

Stała katalońska występuje często w odniesieniu do funkcji Clausena , całki odwrotnej stycznej , całki odwrotnej sinusoidalnej , funkcji G Barnesa , a także całek i szeregów sumowalnych pod względem wyżej wymienionych funkcji.

Jako szczególny przykład, wyrażając najpierw całkę styczną odwrotną w jej postaci zamkniętej - za pomocą funkcji Clausena - a następnie wyrażając te funkcje Clausena za pomocą funkcji G Barnesa , uzyskuje się następujące wyrażenie ( więcej w funkcji Clausena ) :

Jeśli zdefiniujemy transcendent Lercha Φ( z , s , α ) (związany z funkcją zeta Lercha ) przez

Następnie

Szybko zbieżne szeregi

Następujące dwa wzory obejmują szybko zbieżne szeregi i dlatego są odpowiednie do obliczeń numerycznych:

I

Teoretyczne podstawy dla takich szeregów podaje Broadhurst dla pierwszego wzoru i Ramanujan dla drugiego wzoru. Algorytmy szybkiego obliczania stałej katalońskiej zostały skonstruowane przez E. Karatsubę. Korzystając z tych szeregów, obliczenie stałej katalońskiej jest teraz mniej więcej tak szybkie, jak obliczenie stałej Apery'ego , .

Inne szybko zbieżne serie, dzięki Guillera i Pilehrood i wykorzystywane przez oprogramowanie y-cruncher , obejmują:

Wszystkie te szeregi mają złożoność czasową .

Ciąg dalszy ułamka

G można wyrazić w następującej postaci

Ułamek prosty ciągły jest dany przez

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne