Articulo de referencia

Fracción continua de Rogers-Ramanujan

La fracción continua de Rogers-Ramanujan es una fracción continua descubierta por Rogers (1894) e independientemente por Srinivasa Ramanujan , y está estrechamente relacionada c...

La fracción continua de Rogers-Ramanujan es una fracción continua descubierta por Rogers (1894) e independientemente por Srinivasa Ramanujan , y está estrechamente relacionada con las identidades de Rogers-Ramanujan . Puede evaluarse explícitamente para una amplia clase de valores de su argumento.

Representación de coloración de dominio de la convergenciaA400(q)/B400(q){\displaystyle A_{400}(q)/B_{400}(q)}de la funciónq1/5R(q){\displaystyle q^{-1/5}R(q)}, dóndeR(q){\displaystyle R(q)}es la fracción continua de Rogers-Ramanujan.

Definición

Representación de la aproximación q1/5A400(q)/B400(q){\displaystyle q^{1/5}A_{400}(q)/B_{400}(q)}de la fracción continua de Rogers-Ramanujan.

Dadas las funcionesGRAMO(q){\displaystyle G(q)}yH(q){\displaystyle H(q)}que aparecen en las identidades de Rogers-Ramanujan y asumenq=mi2πiτ{\displaystyle q=e^{2\pi i\tau }},

GRAMO(q)=norte=0qnorte2(1q)(1q2)(1qnorte)=norte=0qnorte2(q;q)norte=1(q;q5)(q4;q5)=norte=11(1q5norte1)(1q5norte4)=qj602F1(160,1960;45;1728j)=q(j1728)602F1(160,2960;45;1728j1728)=1+q+q2+q3+2q4+2q5+3q6+{\displaystyle {\begin{aligned}G(q)&=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {q^{n^{2}}}{(1-q)(1-q^{2})\cdots (1-q^{n})}}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {q^{n^{2}}}{(q;q)_{n}}}={\frac {1}{(q;q^{5})_{\infty }(q^{4};q^{5})_{\infty }}}\\[6pt]&=\prod _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{(1-q^{5n-1})(1-q^{5n-4})}}\\[6pt]&={\sqrt[{60}]{q\,j}}\,\,_{2}F_{1}\left(-{\tfrac {1}{60}},{\tfrac {19}{60}};{\tfrac {4}{5}};{\tfrac {1728}{j}}\right)\\[6pt]&={\sqrt[{60}]{q\left(j-1728\right)}}\,_{2}F_{1}\left(-{\tfrac {1}{60}},{\tfrac {29}{60}};{\tfrac {4}{5}};-{\tfrac {1728}{j-1728}}\right)\\[6pt]&=1+q+q^{2}+q^{3}+2q^{4}+2q^{5}+3q^{6}+\cdots \end{aligned}}}

y,

H(q)=norte=0qnorte2+norte(1q)(1q2)(1qnorte)=norte=0qnorte2+norte(q;q)norte=1(q2;q5)(q3;q5)=norte=11(1q5norte2)(1q5norte3)=1q11j11602F1(1160,3160;65;1728j)=1q11(j1728)11602F1(1160,4160;65;1728j1728)=1+q2+q3+q4+q5+2q6+2q7+{\displaystyle {\begin{aligned}H(q)&=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {q^{n^{2}+n}}{(1-q)(1-q^{2})\cdots (1-q^{n})}}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {q^{n^{2}+n}}{(q;q)_{n}}}={\frac {1}{(q^{2};q^{5})_{\infty }(q^{3};q^{5})_{\infty }}}\\[6pt]&=\prod _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{(1-q^{5n-2})(1-q^{5n-3})}}\\[6pt]&={\frac {1}{\sqrt[{60}]{q^{11}j^{11}}}}\,_{2}F_{1}\left({\tfrac {11}{60}},{\tfrac {31}{60}};{\tfrac {6}{5}};{\tfrac {1728}{j}}\right)\\[6pt]&={\frac {1}{\sqrt[{60}]{q^{11}\left(j-1728\right)^{11}}}}\,_{2}F_{1}\left({\tfrac {11}{60}},{\tfrac {41}{60}};{\tfrac {6}{5}};-{\tfrac {1728}{j-1728}}\right)\\[6pt]&=1+q^{2}+q^{3}+q^{4}+q^{5}+2q^{6}+2q^{7}+\cdots \end{aligned}}}

con los coeficientes de la expansión q siendo OEIS : A003114  y OEIS : A003106  , respectivamente, donde(a;q){\displaystyle (a;q)_{\infty }}denota el símbolo q-Pochhammer infinito , j es la j-función y 2 F 1 es la función hipergeométrica . La fracción continua de Rogers-Ramanujan es entonces

R(q)=q1160H(q)q160GRAMO(q)=q15norte=1(1q5norte1)(1q5norte4)(1q5norte2)(1q5norte3)=q1/5norte=1(1qnorte)(norte|5)=q1/51+q1+q21+q31+{\displaystyle {\begin{aligned}R(q)&={\frac {q^{\frac {11}{60}}H(q)}{q^{-{\frac {1}{60}}}G(q)}}=q^{\frac {1}{5}}\prod _{n=1}^{\infty }{\frac {(1-q^{5n-1})(1-q^{5n-4})}{(1-q^{5n-2})(1-q^{5n-3})}}=q^{1/5}\prod _{n=1}^{\infty }(1-q^{n})^{(n|5)}\\[8pt]&={\cfrac {q^{1/5}}{1+{\cfrac {q}{1+{\cfrac {q^{2}}{1+{\cfrac {q^{3}}{1+\ddots }}}}}}}}\end{aligned}}}
(nortemetro){\displaystyle (n\mid m)}es el símbolo jacobino .

Hay que tener cuidado con la notación, ya que las fórmulas que emplean la función jj{\displaystyle j}será coherente con las demás fórmulas solo siq=mi2πiτ{\displaystyle q=e^{2\pi i\tau }}(el cuadrado del nomo ) se utiliza a lo largo de esta sección ya que la expansión q de la función j (así como la conocida función eta de Dedekind ) utilizaq=mi2πiτ{\displaystyle q=e^{2\pi i\tau }}. Sin embargo, Ramanujan, en sus ejemplos a Hardy y que se dan a continuación, utilizó el nombreq=miπiτ{\displaystyle q=e^{\pi i\tau }}en cambio.

Valores especiales

Si q es el nomo o su cuadrado, entoncesq160GRAMO(q){\displaystyle q^{-{\frac {1}{60}}}G(q)}yq1160H(q){\displaystyle q^{\frac {11}{60}}H(q)}, así como su cocienteR(q){\displaystyle R(q)}, están relacionadas con funciones modulares deτ{\displaystyle \tau }. Dado que tienen coeficientes enteros, la teoría de la multiplicación compleja implica que sus valores paraτ{\displaystyle \tau }Los números algebraicos que involucran un campo cuadrático imaginario pueden evaluarse explícitamente.

Ejemplos de R(q)

Dada la forma general en la que Ramanujan usó el nombreq=miπiτ{\displaystyle q=e^{\pi i\tau }},

R(q)=q1/51+q1+q21+q31+{\displaystyle R(q)={\cfrac {q^{1/5}}{1+{\cfrac {q}{1+{\cfrac {q^{2}}{1+{\cfrac {q^{3}}{1+\ddots }}}}}}}}}

f cuandoτ=i{\displaystyle \tau =i},

R(miπ)=miπ51+miπ1+mi2π1+=12φ(5φ3/2)(54+φ3/2)=0,511428{\displaystyle R{\big (}e^{-\pi }{\big )}={\cfrac {e^{-{\frac {\pi }{5}}}}{1+{\cfrac {e^{-\pi }}{1+{\cfrac {e^{-2\pi }}{1+\ddots }}}}}}={\tfrac {1}{2}}\varphi \,({\sqrt {5}}-\varphi ^{3/2})({\sqrt[{4}]{5}}+\varphi ^{3/2})=0.511428\dots }

cuandoτ=2i{\displaystyle \tau =2i},

R(mi2π)=mi2π51+mi2π1+mi4π1+=54φ1/2φ=0,284079{\displaystyle R{\big (}e^{-2\pi }{\big )}={\cfrac {e^{-{\frac {2\pi }{5}}}}{1+{\cfrac {e^{-2\pi }}{1+{\cfrac {e^{-4\pi }}{1+\ddots }}}}}}={{\sqrt[{4}]{5}}\,\varphi ^{1/2}-\varphi }=0.284079\dots }

cuandoτ=4i{\displaystyle \tau =4i},

R(mi4π)=mi4π51+mi4π1+mi8π1+=12φ(5φ3/2)(54+φ3/2)=0,081002{\displaystyle R{\big (}e^{-4\pi }{\big )}={\cfrac {e^{-{\frac {4\pi }{5}}}}{1+{\cfrac {e^{-4\pi }}{1+{\cfrac {e^{-8\pi }}{1+\ddots }}}}}}={\tfrac {1}{2}}\varphi \,({\sqrt {5}}-\varphi ^{3/2})(-{\sqrt[{4}]{5}}+\varphi ^{3/2})=0.081002\dots }

cuandoτ=25i{\displaystyle \tau =2{\sqrt {5}}i},

R(mi25π)=mi2π51+mi2π51+mi4π51+=51+(53/4(φ1)5/21)1/5φ=0,0602094{\displaystyle R{\big (}e^{-2{\sqrt {5}}\pi }{\big )}={\cfrac {e^{-{\frac {2\pi }{\sqrt {5}}}}}{1+{\cfrac {e^{-2\pi {\sqrt {5}}}}{1+{\cfrac {e^{-4\pi {\sqrt {5}}}}{1+\ddots }}}}}}={\frac {\sqrt {5}}{1+{\big (}5^{3/4}(\varphi -1)^{5/2}-1{\big )}^{1/5}}}-\varphi =0.0602094\dots }

cuandoτ=5i{\displaystyle \tau =5i},

R(mi5π)=miπ1+mi5π1+mi10π1+=1+φ2φ+(12(4φ3φ1)(3φ3/254))1/5φ=0,0432139{\displaystyle R{\big (}e^{-5\pi }{\big )}={\cfrac {e^{-\pi }}{1+{\cfrac {e^{-5\pi }}{1+{\cfrac {e^{-10\pi }}{1+\ddots }}}}}}={\frac {1+\varphi ^{2}}{\varphi +{\big (}{\frac {1}{2}}(4-\varphi -3{\sqrt {\varphi -1}})(3\varphi ^{3/2}-{\sqrt[{4}]{5}}){\big )}^{1/5}}}-\varphi =0.0432139\dots }

cuandoτ=10i{\displaystyle \tau =10i},

R(mi10π)=mi2π1+mi10π1+mi20π1+=1+φ2φ+(31+φ24φ)1/5φ=0,00186744{\displaystyle R{\big (}e^{-10\pi }{\big )}={\cfrac {e^{-2\pi }}{1+{\cfrac {e^{-10\pi }}{1+{\cfrac {e^{-20\pi }}{1+\ddots }}}}}}={\frac {1+\varphi ^{2}}{\varphi +{\big (}3{\sqrt {1+\varphi ^{2}}}-4-\varphi {\big )}^{1/5}}}-\varphi =0.00186744\dots }

cuandoτ=20i{\displaystyle \tau =20i},

R(mi20π)=mi4π1+mi20π1+mi40π1+=1+φ2φ+(12(4φ3φ1)(3φ3/2+54))1/5φ=0,00000348734{\displaystyle R{\big (}e^{-20\pi }{\big )}={\cfrac {e^{-4\pi }}{1+{\cfrac {e^{-20\pi }}{1+{\cfrac {e^{-40\pi }}{1+\ddots }}}}}}={\frac {1+\varphi ^{2}}{\varphi +{\big (}{\frac {1}{2}}(4-\varphi -3{\sqrt {\varphi -1}})(3\varphi ^{3/2}+{\sqrt[{4}]{5}}){\big )}^{1/5}}}-\varphi =0.00000348734\dots }

yφ=1+52{\displaystyle \varphi ={\tfrac {1+{\sqrt {5}}}{2}}}es la proporción áurea . Tenga en cuenta queR(mi2π){\displaystyle R{\big (}e^{-2\pi }{\big )}}es una raíz positiva de la ecuación cuártica ,

incógnita4+2incógnita36incógnita22incógnita+1=0{\displaystyle x^{4}+2x^{3}-6x^{2}-2x+1=0}

mientrasR(miπ){\displaystyle R{\big (}e^{-\pi }{\big )}}yR(mi4π){\displaystyle R{\big (}e^{-4\pi }{\big )}}son dos raíces positivas de un solo óctico ,

y4+2φ4y3+6φ2y22φ4y+1=0{\displaystyle y^{4}+2\varphi ^{4}y^{3}+6\varphi ^{2}y^{2}-2\varphi ^{4}y+1=0}

(desdeφ{\displaystyle \varphi }tiene una raíz cuadrada) lo que explica la similitud de las dos formas cerradas. De manera más general, para un entero positivo m , entoncesR(mi2π/metro){\displaystyle R(e^{-2\pi /m})}yR(mi2πmetro){\displaystyle R(e^{-2\pi \,m})}son dos raíces de la misma ecuación, así como

[R(mi2π/metro)+φ][R(mi2πmetro)+φ]=5φ{\displaystyle {\bigl [}R(e^{-2\pi /m})+\varphi {\bigr ]}{\bigl [}R(e^{-2\pi \,m})+\varphi {\bigr ]}={\sqrt {5}}\,\varphi }

El grado algebraico k deR(miπnorte){\displaystyle R(e^{-\pi \,n})}paranorte=1,2,3,4,{\displaystyle n=1,2,3,4,\dots }esk=8,4,32,8,{\displaystyle k=8,4,32,8,\dots }( OEIS : A082682  ).

Por cierto, estas fracciones continuas pueden utilizarse para resolver algunas ecuaciones de quinto grado, como se muestra en una sección posterior.

Ejemplos de G ( q ) y H ( q )

Curiosamente, existen fórmulas explícitas paraGRAMO(q){\displaystyle G(q)}yH(q){\displaystyle H(q)}en términos de la función jj(τ){\displaystyle j(\tau )}y la fracción continua de Rogers-RamanujanR(q){\displaystyle R(q)}. Sin embargo, dado quej(τ){\displaystyle j(\tau )}utiliza la plaza del nomoq=mi2πiτ{\displaystyle q=e^{2\pi \,i\tau }}, entonces se debe tener cuidado con la notación tal quej(τ),GRAMO(q),H(q){\displaystyle j(\tau ),\,G(q),\,H(q)}yr=R(q){\displaystyle r=R(q)}usar el mismoq{\displaystyle q}.

GRAMO(q)=norte=11(1q5norte1)(1q5norte4)=q1/60j(τ)1/60(r20228r15+494r10+228r5+1)1/20{\displaystyle {\begin{aligned}G(q)&=\prod _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{(1-q^{5n-1})(1-q^{5n-4})}}\\[6pt]&=q^{1/60}{\frac {j(\tau )^{1/60}}{(r^{20}-228r^{15}+494r^{10}+228r^{5}+1)^{1/20}}}\end{aligned}}}
H(q)=norte=11(1q5norte2)(1q5norte3)=1q11/60(r20228r15+494r10+228r5+1)11/20j(τ)11/60(r10+11r51){\displaystyle {\begin{aligned}H(q)&=\prod _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{(1-q^{5n-2})(1-q^{5n-3})}}\\[6pt]&={\frac {-1}{q^{11/60}}}{\frac {(r^{20}-228r^{15}+494r^{10}+228r^{5}+1)^{11/20}}{j(\tau )^{11/60}\,(r^{10}+11r^{5}-1)}}\end{aligned}}}

Por supuesto, las fórmulas secundarias implican queq1/60GRAMO(q){\displaystyle q^{-1/60}G(q)}yq11/60H(q){\displaystyle q^{11/60}H(q)}son números algebraicos (aunque normalmente de alto grado) paraτ{\displaystyle \tau }que involucra un campo cuadrático imaginario . Por ejemplo, las fórmulas anteriores se simplifican a:

GRAMO(mi2π)=(mi2π)1/601(5φ)1/41R(mi2π)=1.00187093H(mi2π)=1(mi2π)11/601(5φ)1/4R(mi2π)=1.00000349{\displaystyle {\begin{aligned}G(e^{-2\pi })&=(e^{-2\pi })^{1/60}{\frac {1}{(5\,\varphi )^{1/4}}}{\frac {1}{\sqrt {R(e^{-2\pi })}}}\\[6pt]&=1.00187093\dots \\[6pt]H(e^{-2\pi })&={\frac {1}{(e^{-2\pi })^{11/60}}}{\frac {1}{(5\,\varphi )^{1/4}}}{\sqrt {R(e^{-2\pi })}}\\[6pt]&=1.00000349\ldots \end{aligned}}}

y,

GRAMO(mi4π)=(mi4π)1/601(5φ3)1/4(φ+54)1/41R(mi4π)=1.000003487354H(mi4π)=1(mi4π)11/601(5φ3)1/4(φ+54)1/4R(mi4π)=1.000000000012{\displaystyle {\begin{aligned}G(e^{-4\pi })&=(e^{-4\pi })^{1/60}{\frac {1}{(5\,\varphi ^{3})^{1/4}\,(\varphi +{\sqrt[{4}]{5}})^{1/4}}}{\frac {1}{\sqrt {R(e^{-4\pi })}}}\\[6pt]&=1.000003487354\dots \\[6pt]H(e^{-4\pi })&={\frac {1}{(e^{-4\pi })^{11/60}}}{\frac {1}{(5\,\varphi ^{3})^{1/4}\,(\varphi +{\sqrt[{4}]{5}})^{1/4}}}{\sqrt {R(e^{-4\pi })}}\\[6pt]&=1.000000000012\dots \end{aligned}}}

y así sucesivamente, conφ{\displaystyle \varphi }como la proporción áurea.

Derivación de valores especiales

sumas tangenciales

A continuación, expresamos los teoremas esenciales de las fracciones continuas R y S de Rogers-Ramanujan utilizando sumas tangenciales y diferencias tangenciales:

ab=broncearse[arctan(a)+arctan(b)]=a+b1ab{\displaystyle a\oplus b=\tan {\bigl [}\arctan(a)+\arctan(b){\bigr ]}={\frac {a+b}{1-ab}}}
dod=broncearse[arctan(do)arctan(d)]=dod1+dod{\displaystyle c\ominus d=\tan {\bigl [}\arctan(c)-\arctan(d){\bigr ]}={\frac {c-d}{1+cd}}}

El nomo elíptico y el nomo complementario tienen esta relación entre sí:

ln(q)ln(q1)=π2{\displaystyle \ln(q)\ln(q_{1})=\pi ^{2}}

El nomo complementario de un módulo k es igual al nomo del módulo complementario pitagórico:

q1(k)=q(k)=q(1k2){\displaystyle q_{1}(k)=q(k')=q({\sqrt {1-k^{2}}})}

Estos son los teoremas de reflexión para las fracciones continuas R y S:

La cartaΦ{\displaystyle \Phi }representa exactamente el número áureo :

Φ=12(5+1)=cuna[12arctan(2)]=2porque(15π){\displaystyle \Phi ={\tfrac {1}{2}}({\sqrt {5}}+1)=\cot[{\tfrac {1}{2}}\arctan(2)]=2\cos({\tfrac {1}{5}}{\pi })}
Φ1=12(51)=broncearse[12arctan(2)]=2pecado(110π){\displaystyle \Phi ^{-1}={\tfrac {1}{2}}({\sqrt {5}}-1)=\tan[{\tfrac {1}{2}}\arctan(2)]=2\sin({\tfrac {1}{10}}{\pi })}

Los teoremas para el nomo cuadrado se construyen de la siguiente manera:

A continuación se presentan las relaciones entre las fracciones continuas y las funciones theta de Jacobi:

Derivación de valores lemniscáticos

En los teoremas que se muestran ahora se insertan ciertos valores:

S[exp(π)]S[exp(π)]=Φ{\displaystyle S{\bigl [}\exp(-\pi ){\bigr ]}\oplus S{\bigl [}\exp(-\pi ){\bigr ]}=\Phi }

Por lo tanto, la siguiente identidad es válida:

En un patrón análogo obtenemos este resultado:

R[exp(2π)]R[exp(2π)]=Φ1{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-2\pi ){\bigr ]}\oplus R{\bigl [}\exp(-2\pi ){\bigr ]}=\Phi ^{-1}}

Por lo tanto, la siguiente identidad es válida:

Además, obtenemos la misma relación utilizando el teorema mencionado anteriormente sobre las funciones theta de Jacobi:

S[exp(π)]R[exp(2π)]=S(q)R(q2)[q=exp(π)]={\displaystyle S{\bigl [}\exp(-\pi ){\bigr ]}\oplus R{\bigl [}\exp(-2\pi ){\bigr ]}=S(q)\oplus R(q^{2}){\bigl [}q=\exp(-\pi ){\bigr ]}=}
=ϑ00(q1/5)2ϑ00(q)25ϑ00(q5)2ϑ00(q)2[q=exp(π)]=1{\displaystyle ={\frac {\vartheta _{00}(q^{1/5})^{2}-\vartheta _{00}(q)^{2}}{5\,\vartheta _{00}(q^{5})^{2}-\vartheta _{00}(q)^{2}}}{\bigl [}q=\exp(-\pi ){\bigr ]}=1}

Este resultado aparece debido a la fórmula de suma de Poisson y esta ecuación se puede resolver de esta manera:

R[exp(2π)]=1S[exp(π)]=1broncearse[14π14arctan(2)]=broncearse[14arctan(2)]{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-2\pi ){\bigr ]}=1\ominus S{\bigl [}\exp(-\pi ){\bigr ]}=1\ominus \tan {\bigl [}{\tfrac {1}{4}}\pi -{\tfrac {1}{4}}\arctan(2){\bigr ]}=\tan {\bigl [}{\tfrac {1}{4}}\arctan(2){\bigr ]}}

Aplicando el otro teorema mencionado sobre las funciones theta de Jacobi, se puede determinar el siguiente valor:

R[exp(π)]R[exp(2π)]=R(q)R(q2)[q=exp(π)]={\displaystyle R{\bigl [}\exp(-\pi ){\bigr ]}\ominus R{\bigl [}\exp(-2\pi ){\bigr ]}=R(q)\ominus R(q^{2}){\bigl [}q=\exp(-\pi ){\bigr ]}=}
=ϑ01(q)2ϑ01(q1/5)25ϑ01(q5)2ϑ01(q)2[q=exp(π)]=54154+1=541=broncearse[arctan(54)14π]{\displaystyle ={\frac {\vartheta _{01}(q)^{2}-\vartheta _{01}(q^{1/5})^{2}}{5\,\vartheta _{01}(q^{5})^{2}-\vartheta _{01}(q)^{2}}}{\bigl [}q=\exp(-\pi ){\bigr ]}={\frac {{\sqrt[{4}]{5}}-1}{{\sqrt[{4}]{5}}+1}}={\sqrt[{4}]{5}}\ominus 1=\tan {\bigl [}\arctan({\sqrt[{4}]{5}}\,)-{\tfrac {1}{4}}\pi {\bigr ]}}

Esa cadena de ecuaciones conduce a esta suma tangencial:

R[exp(π)]=R[exp(2π)]broncearse[arctan(54)14π]{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-\pi ){\bigr ]}=R{\bigl [}\exp(-2\pi ){\bigr ]}\oplus \tan {\bigl [}\arctan({\sqrt[{4}]{5}}\,)-{\tfrac {1}{4}}\pi {\bigr ]}}

Y por lo tanto aparece el siguiente resultado:

En el siguiente paso volvemos a usar el teorema de reflexión para la fracción continua R:

R[exp(π)]R[exp(4π)]=Φ1{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-\pi ){\bigr ]}\oplus R{\bigl [}\exp(-4\pi ){\bigr ]}=\Phi ^{-1}}
R[exp(4π)]=broncearse[12arctan(2)]R[exp(π)]{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-4\pi ){\bigr ]}=\tan {\bigl [}{\tfrac {1}{2}}\arctan(2){\bigr ]}\ominus R{\bigl [}\exp(-\pi ){\bigr ]}}

Y aparece un resultado adicional:

Derivación de valores no lemniscáticos

El teorema de reflexión se utiliza ahora para los siguientes valores:

R[exp(2π)]R[exp(22π)]=Φ1{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}\oplus R{\bigl [}\exp(-2{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}=\Phi ^{-1}}

El teorema theta de Jacobi conduce a una relación adicional:

R[exp(2π)]R[exp(22π)]=R(q)R(q2)[q=exp(2π)]={\displaystyle R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}\ominus R{\bigl [}\exp(-2{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}=R(q)\ominus R(q^{2}){\bigl [}q=\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}=}
=ϑ01(q)2ϑ01(q1/5)25ϑ01(q5)2ϑ01(q)2[q=exp(2π)]=broncearse[2arctan(13513630+453+13630453)14π]{\displaystyle ={\frac {\vartheta _{01}(q)^{2}-\vartheta _{01}(q^{1/5})^{2}}{5\,\vartheta _{01}(q^{5})^{2}-\vartheta _{01}(q)^{2}}}{\bigl [}q=\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}=\tan {\bigl [}2\arctan({\tfrac {1}{3}}{\sqrt {5}}-{\tfrac {1}{3}}{\sqrt[{3}]{6{\sqrt {30}}+4{\sqrt {5}}}}+{\tfrac {1}{3}}{\sqrt[{3}]{6{\sqrt {30}}-4{\sqrt {5}}}}\,)-{\tfrac {1}{4}}\pi {\bigr ]}}

Al sumar tangencialmente los dos teoremas mencionados, obtenemos este resultado:

R[exp(2π)]R[exp(2π)]=Φ1broncearse[2arctan(13513630+453+13630453)14π]{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}\oplus R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}=\Phi ^{-1}\oplus \tan {\bigl [}2\arctan({\tfrac {1}{3}}{\sqrt {5}}-{\tfrac {1}{3}}{\sqrt[{3}]{6{\sqrt {30}}+4{\sqrt {5}}}}+{\tfrac {1}{3}}{\sqrt[{3}]{6{\sqrt {30}}-4{\sqrt {5}}}}\,)-{\tfrac {1}{4}}\pi {\bigr ]}}

Mediante una sustracción tangencial aparece ese resultado:

R[exp(22π)]R[exp(22π)]=Φ1broncearse[2arctan(13513630+453+13630453)14π]{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-2{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}\oplus R{\bigl [}\exp(-2{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}=\Phi ^{-1}\ominus \tan {\bigl [}2\arctan({\tfrac {1}{3}}{\sqrt {5}}-{\tfrac {1}{3}}{\sqrt[{3}]{6{\sqrt {30}}+4{\sqrt {5}}}}+{\tfrac {1}{3}}{\sqrt[{3}]{6{\sqrt {30}}-4{\sqrt {5}}}}\,)-{\tfrac {1}{4}}\pi {\bigr ]}}

Como solución alternativa, utilizamos el teorema del nomo al cuadrado:

R[exp(2π)]2R[exp(22π)]1R[exp(2π)]R[exp(22π)]2=1{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{2}R{\bigl [}\exp(-2{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{-1}\oplus R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}R{\bigl [}\exp(-2{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{2}=1}
{R[exp(2π)]2R[exp(22π)]1+1}{R[exp(2π)]R[exp(22π)]2+1}=2{\displaystyle {\bigl \{}R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{2}R{\bigl [}\exp(-2{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{-1}+1{\bigr \}}{\bigl \{}R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}R{\bigl [}\exp(-2{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{2}+1{\bigr \}}=2}

Ahora se vuelve a aplicar el teorema de reflexión:

R[exp(22π)]=Φ1R[exp(2π)]{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-2{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}=\Phi ^{-1}\ominus R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}}
R[exp(22π)]=1ΦR[exp(2π)]Φ+R[exp(2π)]{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-2{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}={\frac {1-\Phi R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}}{\Phi +R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}}}}

La inserción de la última expresión mencionada en el teorema del nomo al cuadrado da como resultado la siguiente ecuación:

{R[exp(2π)]2Φ+R[exp(2π)]1ΦR[exp(2π)]+1}R[exp(2π)]{1ΦR[exp(2π)]}2{Φ+R[exp(2π)]}2+1=2{\displaystyle {\biggl \{}R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{2}{\frac {\Phi +R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}}{1-\Phi R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}}}+1{\biggr \}}{\biggl \langle }R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}{\frac {{\bigl \{}1-\Phi R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}{\bigr \}}^{2}}{{\bigl \{}\Phi +R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}{\bigr \}}^{2}}}+1{\biggr \rangle }=2}

Si se eliminan los denominadores, se obtiene una ecuación de sexto grado:

R[exp(2π)]6+2Φ2R[exp(2π)]55Φ1R[exp(2π)]4+{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{6}+2\,\Phi ^{-2}R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{5}-{\sqrt {5}}\,\Phi ^{-1}R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{4}+}
+25ΦR[exp(2π)]3+5Φ1R[exp(2π)]2+2Φ2R[exp(2π)]1=0{\displaystyle +2\,{\sqrt {5}}\,\Phi R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{3}+{\sqrt {5}}\,\Phi ^{-1}R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}^{2}+2\,\Phi ^{-2}R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}-1=0}

La solución de esta ecuación es la solución ya mencionada:

R[exp(2π)]=broncearse[arctan(13513630+453+13630453)14arccot(2)]{\displaystyle R{\bigl [}\exp(-{\sqrt {2}}\,\pi ){\bigr ]}=\tan {\bigl [}\arctan({\tfrac {1}{3}}{\sqrt {5}}-{\tfrac {1}{3}}{\sqrt[{3}]{6{\sqrt {30}}+4{\sqrt {5}}}}+{\tfrac {1}{3}}{\sqrt[{3}]{6{\sqrt {30}}-4{\sqrt {5}}}}\,)-{\tfrac {1}{4}}\operatorname {arccot}(2){\bigr ]}}

Relación con las formas modulares

R(q){\displaystyle R(q)}puede relacionarse con la función eta de Dedekind , una forma modular de peso 1/2, como, [ 1 ]

1R(q)R(q)=η(τ5)η(5τ)+1{\displaystyle {\frac {1}{R(q)}}-R(q)={\frac {\eta ({\frac {\tau }{5}})}{\eta (5\tau )}}+1}
1R5(q)R5(q)=[η(τ)η(5τ)]6+11{\displaystyle {\frac {1}{R^{5}(q)}}-R^{5}(q)=\left[{\frac {\eta (\tau )}{\eta (5\tau )}}\right]^{6}+11}

La fracción continua de Rogers-Ramanujan también puede expresarse en términos de las funciones theta de Jacobi . Recordemos la notación,

ϑ10(0;τ)=θ2(q)=norte=q(norte+1/2)2ϑ00(0;τ)=θ3(q)=norte=qnorte2ϑ01(0;τ)=θ4(q)=norte=(1)norteqnorte2{\displaystyle {\begin{aligned}\vartheta _{10}(0;\tau )&=\theta _{2}(q)=\sum _{n=-\infty }^{\infty }q^{(n+1/2)^{2}}\\\vartheta _{00}(0;\tau )&=\theta _{3}(q)=\sum _{n=-\infty }^{\infty }q^{n^{2}}\\\vartheta _{01}(0;\tau )&=\theta _{4}(q)=\sum _{n=-\infty }^{\infty }(-1)^{n}q^{n^{2}}\end{aligned}}}

La notaciónθnorte{\displaystyle \theta _{n}}es un poco más fácil de recordar ya queθ24+θ44=θ34{\displaystyle \theta _{2}^{4}+\theta _{4}^{4}=\theta _{3}^{4}}, con subíndices pares en el lado izquierdo. Por lo tanto,

R(incógnita)=broncearse{12arccot[12+θ4(incógnita1/5)[5θ4(incógnita5)2θ4(incógnita)2]2θ4(incógnita5)[θ4(incógnita)2θ4(incógnita1/5)2]]}{\displaystyle R(x)=\tan {\biggl \{}{\frac {1}{2}}\operatorname {arccot} {\biggl [}{\frac {1}{2}}+{\frac {\theta _{4}(x^{1/5})[5\,\theta _{4}(x^{5})^{2}-\theta _{4}(x)^{2}]}{2\,\theta _{4}(x^{5})[\theta _{4}(x)^{2}-\theta _{4}(x^{1/5})^{2}]}}{\biggr ]}{\biggr \}}}
R(incógnita)=broncearse{12arccot[12+(θ2(incógnita1/10)θ3(incógnita1/10)θ4(incógnita1/10)23θ2(incógnita5/2)θ3(incógnita5/2)θ4(incógnita5/2))1/3]}{\displaystyle R(x)=\tan {\biggl \{}{\frac {1}{2}}\operatorname {arccot} {\biggl [}{\frac {1}{2}}+{\bigg (}{\frac {\theta _{2}(x^{1/10})\,\theta _{3}(x^{1/10})\,\theta _{4}(x^{1/10})}{2^{3}\,\theta _{2}(x^{5/2})\,\theta _{3}(x^{5/2})\,\theta _{4}(x^{5/2})}}{\bigg )}^{1/3}{\biggr ]}{\biggr \}}}
R(incógnita)=broncearse{12arctan[12θ4(incógnita)22θ4(incógnita5)2]}1/5×broncearse{12arccot[12θ4(incógnita)22θ4(incógnita5)2]}2/5{\displaystyle R(x)=\tan {\biggl \{}{\frac {1}{2}}\arctan {\biggl [}{\frac {1}{2}}-{\frac {\theta _{4}(x)^{2}}{2\,\theta _{4}(x^{5})^{2}}}{\biggr ]}{\biggr \}}^{1/5}\times \tan {\biggl \{}{\frac {1}{2}}\operatorname {arccot} {\biggl [}{\frac {1}{2}}-{\frac {\theta _{4}(x)^{2}}{2\,\theta _{4}(x^{5})^{2}}}{\biggr ]}{\biggr \}}^{2/5}}
R(incógnita)=broncearse{12arctan[12θ4(incógnita1/2)22θ4(incógnita5/2)2]}2/5×cuna{12arccot[12θ4(incógnita1/2)22θ4(incógnita5/2)2]}1/5{\displaystyle R(x)=\tan {\biggl \{}{\frac {1}{2}}\arctan {\biggl [}{\frac {1}{2}}-{\frac {\theta _{4}(x^{1/2})^{2}}{2\,\theta _{4}(x^{5/2})^{2}}}{\biggr ]}{\biggr \}}^{2/5}\times \cot {\biggl \{}{\frac {1}{2}}\operatorname {arccot} {\biggl [}{\frac {1}{2}}-{\frac {\theta _{4}(x^{1/2})^{2}}{2\,\theta _{4}(x^{5/2})^{2}}}{\biggr ]}{\biggr \}}^{1/5}}

Sin embargo, tenga en cuenta que las funciones theta normalmente usan el nomo q = e iπτ , mientras que la función eta de Dedekind usa el cuadrado del nomo q = e 2iπτ , por lo que se ha empleado la variable x en su lugar para mantener la coherencia entre todas las funciones. Por ejemplo, seaτ=1{\displaystyle \tau ={\sqrt {-1}}}entoncesincógnita=miπ{\displaystyle x=e^{-\pi }}. Sustituyendo esto en las funciones theta, se obtiene el mismo valor para las tres fórmulas R ( x ), que es la evaluación correcta de la fracción continua dada anteriormente,

R(miπ)=12φ(5φ3/2)(54+φ3/2)=0,511428{\displaystyle R{\big (}e^{-\pi }{\big )}={\frac {1}{2}}\varphi \,({\sqrt {5}}-\varphi ^{3/2})({\sqrt[{4}]{5}}+\varphi ^{3/2})=0.511428\dots }

También se puede definir el noma elíptico ,

q(k)=exp[πK(1k2)/K(k)]{\displaystyle q(k)=\exp {\big [}-\pi K({\sqrt {1-k^{2}}})/K(k){\big ]}}

La letra minúscula k describe el módulo elíptico y la letra mayúscula K describe la integral elíptica completa de primera especie. La fracción continua también puede expresarse mediante las funciones elípticas de Jacobi de la siguiente manera:

R(q(k))=broncearse{12arctany}1/5broncearse{12arccoty}2/5={y2+11y}1/5{y[1y2+11]}2/5{\displaystyle R{\big (}q(k){\big )}=\tan {\biggl \{}{\frac {1}{2}}\arctan y{\biggr \}}^{1/5}\tan {\biggl \{}{\frac {1}{2}}\operatorname {arccot} y{\biggr \}}^{2/5}=\left\{{\frac {{\sqrt {y^{2}+1}}-1}{y}}\right\}^{1/5}\left\{y\left[{\sqrt {{\frac {1}{y^{2}}}+1}}-1\right]\right\}^{2/5}}

con

y=2k2sn[25K(k);k]2sn[45K(k);k]25k2sn[25K(k);k]2sn[45K(k);k]2.{\displaystyle y={\frac {2k^{2}\,{\text{sn}}[{\tfrac {2}{5}}K(k);k]^{2}\,{\text{sn}}[{\tfrac {4}{5}}K(k);k]^{2}}{5-k^{2}\,{\text{sn}}[{\tfrac {2}{5}}K(k);k]^{2}\,{\text{sn}}[{\tfrac {4}{5}}K(k);k]^{2}}}.}

Relación con la función j

Una fórmula que involucra la función j y la función eta de Dedekind es la siguiente:

j(τ)=(incógnita2+10incógnita+5)3incógnita{\displaystyle j(\tau )={\frac {(x^{2}+10x+5)^{3}}{x}}}

dóndeincógnita=[5η(5τ)η(τ)]6.{\displaystyle x=\left[{\frac {{\sqrt {5}}\,\eta (5\tau )}{\eta (\tau )}}\right]^{6}.\,}Puesto que también,

1R5(q)R5(q)=[η(τ)η(5τ)]6+11{\displaystyle {\frac {1}{R^{5}(q)}}-R^{5}(q)=\left[{\frac {\eta (\tau )}{\eta (5\tau )}}\right]^{6}+11}

Eliminando el cociente etaincógnita{\displaystyle x}Entre las dos ecuaciones, se puede expresar j ( τ ) en términos der=R(q){\displaystyle r=R(q)}como,

j(τ)=(r20228r15+494r10+228r5+1)3r5(r10+11r51)5j(τ)1728=(r30+522r2510005r2010005r10522r5+1)2r5(r10+11r51)5{\displaystyle {\begin{aligned}&j(\tau )=-{\frac {(r^{20}-228r^{15}+494r^{10}+228r^{5}+1)^{3}}{r^{5}(r^{10}+11r^{5}-1)^{5}}}\\[6pt]&j(\tau )-1728=-{\frac {(r^{30}+522r^{25}-10005r^{20}-10005r^{10}-522r^{5}+1)^{2}}{r^{5}(r^{10}+11r^{5}-1)^{5}}}\end{aligned}}}

donde el numerador y el denominador son invariantes polinomiales del icosaedro . Usando la ecuación modular entreR(q){\displaystyle R(q)}yR(q5){\displaystyle R(q^{5})}, uno encuentra que,

j(5τ)=(r20+12r15+14r1012r5+1)3r25(r10+11r51)j(5τ)1728=(r30+18r25+75r20+75r1018r5+1)2r25(r10+11r51){\displaystyle {\begin{aligned}&j(5\tau )=-{\frac {(r^{20}+12r^{15}+14r^{10}-12r^{5}+1)^{3}}{r^{25}(r^{10}+11r^{5}-1)}}\\[6pt]&j(5\tau )-1728=-{\frac {(r^{30}+18r^{25}+75r^{20}+75r^{10}-18r^{5}+1)^{2}}{r^{25}(r^{10}+11r^{5}-1)}}\end{aligned}}}

Dejarz=r51r5{\displaystyle z=r^{5}-{\frac {1}{r^{5}}}}, entoncesj(5τ)=(z2+12z+16)3z+11{\displaystyle j(5\tau )=-{\frac {\left(z^{2}+12z+16\right)^{3}}{z+11}}}

dónde

z=[5η(25τ)η(5τ)]611, z0=[η(τ)η(5τ)]611, z1=[η(5τ+25)η(5τ)]611,z2=[η(5τ+45)η(5τ)]611, z3=[η(5τ+65)η(5τ)]611, z4=[η(5τ+85)η(5τ)]611{\displaystyle {\begin{aligned}&z_{\infty }=-\left[{\frac {{\sqrt {5}}\,\eta (25\tau )}{\eta (5\tau )}}\right]^{6}-11,\ z_{0}=-\left[{\frac {\eta (\tau )}{\eta (5\tau )}}\right]^{6}-11,\ z_{1}=\left[{\frac {\eta ({\frac {5\tau +2}{5}})}{\eta (5\tau )}}\right]^{6}-11,\\[6pt]&z_{2}=-\left[{\frac {\eta ({\frac {5\tau +4}{5}})}{\eta (5\tau )}}\right]^{6}-11,\ z_{3}=\left[{\frac {\eta ({\frac {5\tau +6}{5}})}{\eta (5\tau )}}\right]^{6}-11,\ z_{4}=-\left[{\frac {\eta ({\frac {5\tau +8}{5}})}{\eta (5\tau )}}\right]^{6}-11\end{aligned}}}

que de hecho es el j-invariante de la curva elíptica ,

y2+(1+r5)incógnitay+r5y=incógnita3+r5incógnita2{\displaystyle y^{2}+(1+r^{5})xy+r^{5}y=x^{3}+r^{5}x^{2}}

parametrizado por los puntos no cúspides de la curva modularincógnita1(5){\displaystyle X_{1}(5)}.

Ecuación funcional

Para mayor comodidad, también se puede utilizar la notaciónr(τ)=R(q){\displaystyle r(\tau )=R(q)}cuando q = e 2πiτ . Mientras que otras funciones modulares como el invariante j satisfacen,

j(1τ)=j(τ){\displaystyle j(-{\tfrac {1}{\tau }})=j(\tau )}

y la función eta de Dedekind tiene,

η(1τ)=iτη(τ){\displaystyle \eta (-{\tfrac {1}{\tau }})={\sqrt {-i\tau }}\,\eta (\tau )}

La ecuación funcional de la fracción continua de Rogers-Ramanujan involucra [ 2 ] la proporción áurea.φ{\displaystyle \varphi },

r(1τ)=1φr(τ)φ+r(τ){\displaystyle r(-{\tfrac {1}{\tau }})={\frac {1-\varphi \,r(\tau )}{\varphi +r(\tau )}}}

De paso,

r(7+i10)=i{\displaystyle r({\tfrac {7+i}{10}})=i}

ecuaciones modulares

Hay ecuaciones modulares entreR(q){\displaystyle R(q)}yR(qnorte){\displaystyle R(q^{n})}. Las expresiones elegantes para números primos pequeños n son las siguientes. [ 3 ]

Paranorte=2{\displaystyle n=2}, dejar=R(q){\displaystyle u=R(q)}yv=R(q2){\displaystyle v=R(q^{2})}, entoncesv2=(v+2)v2.{\displaystyle v-u^{2}=(v+u^{2})uv^{2}.}

Paranorte=3{\displaystyle n=3}, dejar=R(q){\displaystyle u=R(q)}yv=R(q3){\displaystyle v=R(q^{3})}, entonces(v3)(1+v3)=32v2.{\displaystyle (v-u^{3})(1+uv^{3})=3u^{2}v^{2}.}

Paranorte=5{\displaystyle n=5}, dejar=R(q){\displaystyle u=R(q)}yv=R(q5){\displaystyle v=R(q^{5})}, entoncesv(v43v3+4v22v+1)=(v4+2v3+4v2+3v+1)5.{\displaystyle v(v^{4}-3v^{3}+4v^{2}-2v+1)=(v^{4}+2v^{3}+4v^{2}+3v+1)u^{5}.}

O equivalentemente paranorte=5{\displaystyle n=5}, dejar=R(q){\displaystyle u=R(q)}yv=R(q5){\displaystyle v=R(q^{5})}yφ=1+52{\displaystyle \varphi ={\tfrac {1+{\sqrt {5}}}{2}}}, entonces5=v(v2φ2v+φ2)(v2φ2v+φ2)(v2+v+φ2)(v2+v+φ2).{\displaystyle u^{5}={\frac {v\,(v^{2}-\varphi ^{2}v+\varphi ^{2})(v^{2}-\varphi ^{-2}v+\varphi ^{-2})}{(v^{2}+v+\varphi ^{2})(v^{2}+v+\varphi ^{-2})}}.}

Paranorte=11{\displaystyle n=11}, dejar=R(q){\displaystyle u=R(q)}yv=R(q11){\displaystyle v=R(q^{11})}, entoncesv(10+1151)(v10+11v51)=(v)12.{\displaystyle uv(u^{10}+11u^{5}-1)(v^{10}+11v^{5}-1)=(u-v)^{12}.}

Acerca denorte=5{\displaystyle n=5}, tenga en cuenta quev10+11v51=(v2+v1)(v43v3+4v22v+1)(v4+2v3+4v2+3v+1).{\displaystyle v^{10}+11v^{5}-1=(v^{2}+v-1)(v^{4}-3v^{3}+4v^{2}-2v+1)(v^{4}+2v^{3}+4v^{2}+3v+1).}

Otros resultados

Ramanujan encontró muchos otros resultados interesantes con respecto aR(q){\displaystyle R(q)}. [ 4 ] Dejea,bR+{\displaystyle a,b\in \mathbb {R} ^{+}}, yφ{\displaystyle \varphi }como la proporción áurea .

Siab=π2{\displaystyle ab=\pi ^{2}}entonces,

[R(mi2a)+φ][R(mi2b)+φ]=5φ.{\displaystyle {\bigl [}R(e^{-2a})+\varphi {\bigl ]}{\bigl [}R(e^{-2b})+\varphi {\bigr ]}={\sqrt {5}}\,\varphi .}

Si5ab=π2{\displaystyle 5ab=\pi ^{2}}entonces,

[R5(mi2a)+φ5][R5(mi2b)+φ5]=55φ5.{\displaystyle {\bigl [}R^{5}(e^{-2a})+\varphi ^{5}{\bigl ]}{\bigl [}R^{5}(e^{-2b})+\varphi ^{5}{\bigr ]}=5{\sqrt {5}}\,\varphi ^{5}.}

Los poderes deR(q){\displaystyle R(q)}también puede expresarse de maneras inusuales. Para su cubo ,

R3(q)=αβ{\displaystyle R^{3}(q)={\frac {\alpha }{\beta }}}

dónde

α=norte=0q2norte1q5norte+2norte=0q3norte+11q5norte+3,{\displaystyle \alpha =\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {q^{2n}}{1-q^{5n+2}}}-\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {q^{3n+1}}{1-q^{5n+3}}},}
β=norte=0qnorte1q5norte+1norte=0q4norte+31q5norte+4.{\displaystyle \beta =\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {q^{n}}{1-q^{5n+1}}}-\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {q^{4n+3}}{1-q^{5n+4}}}.}

Para su quinta potencia, dejemosw=R(q)R2(q2){\displaystyle w=R(q)R^{2}(q^{2})}, entonces,

R5(q)=w(1w1+w)2,R5(q2)=w2(1+w1w){\displaystyle R^{5}(q)=w\left({\frac {1-w}{1+w}}\right)^{2},\;\;R^{5}(q^{2})=w^{2}\left({\frac {1+w}{1-w}}\right)}

Ecuaciones quínticas

La ecuación quíntica general en forma de Bring-Jerrard:

incógnita55incógnita4a=0{\displaystyle x^{5}-5x-4a=0}

por cada valor reala>1{\displaystyle a>1}se puede resolver en términos de fracciones continuas de Rogers-RamanujanR(q){\displaystyle R(q)}y el nomo elíptico

q(k)=exp[πK(1k2)/K(k)].{\displaystyle q(k)=\exp {\big [}-\pi K({\sqrt {1-k^{2}}})/K(k){\big ]}.}

Para resolver esta ecuación quíntica, primero se debe determinar el módulo elíptico como

k=broncearse[14π14arccsc(a2)].{\displaystyle k=\tan[{\tfrac {1}{4}}\pi -{\tfrac {1}{4}}\operatorname {arccsc}(a^{2})].}

Entonces la solución real es

incógnita=2{1R[q(k)]}{1+R[q(k)2]}R[q(k)]R[q(k)2]4cuna4arctan{S}34=2{1R[q(k)]}{1+R[q(k)2]}R[q(k)]R[q(k)2]2S1+2S+1+1SS34.{\displaystyle {\begin{aligned}x&={\frac {2-{\bigl \{}1-R[q(k)]{\bigr \}}{\bigl \{}1+R[q(k)^{2}]{\bigr \}}}{{\sqrt {R[q(k)]\,R[q(k)^{2}]}}\,{\sqrt[{4}]{4\cot \langle 4\arctan\{S\}\rangle -3}}}}\\&={\frac {2-{\bigl \{}1-R[q(k)]{\bigr \}}{\bigl \{}1+R[q(k)^{2}]{\bigr \}}}{{\sqrt {R[q(k)]R[q(k)^{2}]}}\,{\sqrt[{4}]{{\frac {2}{S-1}}+{\frac {2}{S+1}}+{\frac {1}{S}}-S-3}}}}.\end{aligned}}}

dóndeS=R[q(k)]R2[q(k)2].{\displaystyle S=R[q(k)]\,R^{2}[q(k)^{2}].}. Recuerde en la sección anterior la quinta potencia deR(q){\displaystyle R(q)}puede expresarse porS{\displaystyle S}:

R5[q(k)]=S(1S1+S)2{\displaystyle R^{5}[q(k)]=S\left({\frac {1-S}{1+S}}\right)^{2}}

Ejemplo 1

incógnita5incógnita1=0{\displaystyle x^{5}-x-1=0}

Transformar en,

(54incógnita)55(54incógnita)4(5454)=0{\displaystyle ({\sqrt[{4}]{5}}x)^{5}-5({\sqrt[{4}]{5}}x)-4({\tfrac {5}{4}}{\sqrt[{4}]{5}})=0}

de este modo,

a=5454{\displaystyle a={\tfrac {5}{4}}{\sqrt[{4}]{5}}}
k=broncearse[14π14arccsc(a2)]=55/4+2551655/4+255+16{\displaystyle k=\tan[{\tfrac {1}{4}}\pi -{\tfrac {1}{4}}\operatorname {arccsc}(a^{2})]={\tfrac {5^{5/4}+{\sqrt {25{\sqrt {5}}-16}}}{5^{5/4}+{\sqrt {25{\sqrt {5}}+16}}}}}
q(k)=0,0851414716{\displaystyle q(k)=0.0851414716\dots }
R[q(k)]=0,5633613184{\displaystyle R[q(k)]=0.5633613184\dots }
R[q(k)2]=0,3706122329{\displaystyle R[q(k)^{2}]=0.3706122329\dots }

y la solución es:

incógnita=2{1R[q(k)]}{1+R[q(k)2]}R[q(k)]R[q(k)2]20cuna4arctan{R[q(k)]R[q(k)2]2}154=1.167303978{\displaystyle x={\frac {2-{\bigl \{}1-R[q(k)]{\bigr \}}{\bigl \{}1+R[q(k)^{2}]{\bigr \}}}{{\sqrt {R[q(k)]\,R[q(k)^{2}]}}\,{\sqrt[{4}]{20\cot \langle 4\arctan\{R[q(k)]\,R[q(k)^{2}]^{2}\}\rangle -15}}}}=1.167303978\dots }

y no pueden representarse mediante expresiones de raíz elementales.

Ejemplo 2

incógnita55incógnita4(81324)=0{\displaystyle x^{5}-5x-4{\Bigl (}{\sqrt[{4}]{\tfrac {81}{32}}}{\Bigr )}=0}

de este modo,

a=81324{\displaystyle a={\sqrt[{4}]{\tfrac {81}{32}}}}

Dadas las fracciones continuas más familiares con formas cerradas,

r1=R(miπ)=12φ(5φ3/2)(54+φ3/2)=0,511428{\displaystyle r_{1}=R{\big (}e^{-\pi }{\big )}={\tfrac {1}{2}}\varphi \,({\sqrt {5}}-\varphi ^{3/2})({\sqrt[{4}]{5}}+\varphi ^{3/2})=0.511428\dots }
r2=R(mi2π)=54φ1/2φ=0,284079{\displaystyle r_{2}=R{\big (}e^{-2\pi }{\big )}={\sqrt[{4}]{5}}\,\varphi ^{1/2}-\varphi =0.284079\dots }
r4=R(mi4π)=12φ(5φ3/2)(54+φ3/2)=0,081002{\displaystyle r_{4}=R{\big (}e^{-4\pi }{\big )}={\tfrac {1}{2}}\varphi \,({\sqrt {5}}-\varphi ^{3/2})(-{\sqrt[{4}]{5}}+\varphi ^{3/2})=0.081002\dots }

con la proporción áureaφ=1+52{\displaystyle \varphi ={\tfrac {1+{\sqrt {5}}}{2}}}y la solución se simplifica a

incógnita=542{1r1}{1+r2}r1r220cuna4arctan{r1r22}154=542{1r2}{1+r4}r2r420cuna4arctan{r2r42}154=84=1.681792{\displaystyle {\begin{aligned}x&={\sqrt[{4}]{5}}\,{\frac {2-{\bigl \{}1-r_{1}{\bigr \}}{\bigl \{}1+r_{2}{\bigr \}}}{{\sqrt {r_{1}\,r_{2}}}\,{\sqrt[{4}]{20\cot \langle 4\arctan\{r_{1}\,r_{2}^{2}\}\rangle -15}}}}\\[6pt]&={\sqrt[{4}]{5}}\,{\frac {2-{\bigl \{}1-r_{2}{\bigr \}}{\bigl \{}1+r_{4}{\bigr \}}}{{\sqrt {r_{2}\,r_{4}}}\,{\sqrt[{4}]{20\cot \langle 4\arctan\{r_{2}\,r_{4}^{2}\}\rangle -15}}}}\\[6pt]&={\sqrt[{4}]{8}}=1.681792\dots \end{aligned}}}

Referencias

  1. Duke, W. "Fracciones continuas y funciones modulares", https://www.math.ucla.edu/~wdduke/preprints/bams4.pdf
  2. Duke, W. "Fracciones continuas y funciones modulares" (p. 9)
  3. Berndt, B. et al. "La fracción continua de Rogers-Ramanujan", http://www.math.uiuc.edu/~berndt/articles/rrcf.pdf
  4. Berndt, B. et al. "La fracción continua de Rogers-Ramanujan"
  • Rogers, LJ (1894), "Segunda Memoria sobre la Expansión de ciertos Productos Infinitos" , Proc. London Math. Soc. , s1-25 (1): 318–343 , doi : 10.1112/plms/s1-25.1.318
  • Berndt, BC; Chan, HH; Huang, SS; Kang, SY; Sohn, J.; Son, SH (1999), "La fracción continua de Rogers-Ramanujan" (PDF) , Journal of Computational and Applied Mathematics , 105 ( 1–2 ): 9–24 , doi : 10.1016/S0377-0427(99)00033-3