什么是 Apéry 常数?

ζ(3) = 1 + 1/8 + 1/27 + 1/64 + ⋯
ζ(3) ≈ 1.20205690315959428539。无理数(Apéry,1978)。

ζ(3) 是黎曼ζ函数在 3 处的值,也就是对所有正整数求和的 1/n³。对于偶数自变量,欧拉找到了优美的闭式:ζ(2) = π²/6,ζ(4) = π⁴/90,ζ(6) = π⁶/945。对于奇数自变量,还没有这样的公式。ζ(3) 是否与 π 有关,至今未知。

zeta(2)、zeta(3)、zeta(4) 的比较
0.822451.64491.64491.20211.0823z(2)=…z(3)~…z(4)=…

z(3) 位于两个已知可用 π 给出闭式的值之间。z(3) 本身是否涉及 π 仍然未知。

1978 年,Roger Apéry 宣布他证明了 ζ(3) 是无理数。听众起初很怀疑。Henri Cohen 和其他数学家连夜赶回去用计算机核查证明。到第二天早晨,他们确认它是正确的。一位与会者说:“这像是晴天霹雳。”当时 Apéry 64 岁。

1+1/8+1/27+… 的部分和收敛到 ζ(3)
11.071.131.2ζ(3)S(n)1173450n

部分和 1 + 1/8 + 1/27 + 1/64 + … 从下方逼近 ζ(3) ≈ 1.20206。收敛很慢:即使在 n=50 时,和仍相差约 0.003。

ζ(3) 是否能用 π 表示,是一个突出的开放问题。所有偶数位的ζ值都是相应 π 幂的有理倍数。奇数位ζ值似乎属于另一个世界。我们已知有无穷多个奇数值 ζ(2n+1) 是无理数(Rivoal,2000),但其精确规律仍然神秘。完整数值:1.20205690315959428539973816151144999…

偶整数:π 的幂的有理倍数。奇整数:未知。

对于所有偶数 k,都有 ζ(2k) = 有理数 × π^(2k)。欧拉证明了这一点对所有偶数值都成立。但 ζ(3)、ζ(5)、ζ(7)… 完全不同。ζ(3) 是无理数(Apéry),但尚不知道它与 π 有任何关系。它也许真的与 π 相互独立。

偶整数:π 的幂的有理倍数。奇整数:未知。

展示偶数点ζ值可写成 π 的公式,而奇数点仍是开放谜题的表格。

偶数 s:精确公式奇数 s:谜团
ζ(2) = π²/6ζ(3) = 1.20206...
ζ(4) = π⁴/90无理数(Apéry 1978)
ζ(6) = π⁶/945ζ(5) = 1.03693...
ζ(8) = π⁸/9450无理数?未知
全部 = 有理数 × π^s没有已知的 π 联系
zeta(3) 是超越数吗?

未知。Roger Apéry 在 1978 年证明了 zeta(3) 是无理数,但它是否为超越数仍是一个开放问题。人们普遍相信它是超越数,但还没有证明。

zeta(3) 在物理中出现在哪里?

它出现在量子电动力学中,例如电子磁矩的修正、随机矩阵理论,以及二维 Ising 模型的熵中。它还出现在统计力学中的费米–狄拉克分布和玻色–爱因斯坦分布里。

Ramanujan 与 zeta(3)

Ramanujan 找到了 zeta(3) 的快速收敛级数,其中包括带有 7π³/180 和对指数项求和的公式。他的笔记本中包含几十个关于 zeta(3) 的恒等式,其中大多数直到他去世几十年后才被证明。

什么是 Apéry 数?

它们是整数 A(n) = 对 k 求和的 C(n,k)^2 C(n+k,k)^2,出现在 Apéry 的无理性证明中。前几项是 1、5、73、1445 和 33001。它们满足递推关系,并以一种使 1/n^3 的部分和中某些分母因子相互抵消的方式增长,从而迫使极限是无理数。

Apéry 常数速览

Apéry 常数 ζ(3) 是级数 1 + 1/8 + 1/27 + 1/64 + ... = 1.20205690315959。对于偶数 s,欧拉找到了含 π 的闭式,例如 ζ(2) = π²/6 和 ζ(4) = π⁴/90。对于奇数值,目前还没有这种公式。Roger Apéry 在 1978 年、64 岁时证明了 ζ(3) 是无理数。ζ(3) 是否为超越数,以及它是否能用 π 表示,至今仍是开放问题。

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