Эта публикация цитируется в
2 статьях
Вопросы суммирования арифметических функций, родственных функции Чебышева
Е.И. Деза,
Л. В. Варухина Московский педагогический государственный университет
Аннотация:
Многие вопросы теории чисел связаны с исследованием
рядов Дирихле
$f(s)=\sum\limits_{n=1}^{\infty} a_nn^{-s}$ и
сумматорных функций $\Phi(x)=\sum\limits_{n\leq x} a_n$ их
коэффициентов. Наиболее известным примером ряда Дирихле является
дзета-функция Римана $\zeta(s)$, определенная для любого комплексного
числа
$s=\sigma+it$ с действительной частью
$\Re s=\sigma> 1$ как
$\zeta(s)=\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^s}.$
Квадрат дзета-функции
$
\zeta^{2}(s)=\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{\tau(n)}{n^s}, \,\,
\Re s >1,$
связян с
функцией делителей
$\tau(n)=\sum\limits_{d|n}1$, дающей число натуральных делителей
натурального числа
$n$. Сумматорной функцией ряда Дирихле
$\zeta^2(s)$ является функция
$D(x)=\sum\limits_{n\leq x}\tau(n)$, вопросы асимптотической оценки которой известны как
проблема делителей Дирихле.
В общем случае,
$
\zeta^{k}(s)=\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{\tau_k(n)}{n^s}, \,\,
\Re s>1,
$
где функция $\tau_k(n)=\sum\limits_{n=n_1\cdot ...\cdot n_k}1$ дает число представлений
натурального числа
$n$ в виде произведения
$k$
натуральных сомножителей. Cумматорной функцией ряда Дирихле
$
\zeta^k(s)$ является функция
$D_k(x)=\sum\limits_{n\leq x}\tau_k(n)$. Ее изучение - это
многомерная проблема делителей Дирихле.
Логарифмическая производная
$\frac{\zeta^{'}(s)}{\zeta(s)}$ дзета-функции представима в
виде
$\frac{\zeta^{'}(s)}{\zeta(s)}=$ $=-\sum\limits_{n=1}^{\infty}
\frac{\Lambda(n)}{n^s},$
$\Re s >1.$
Здесь
$\Lambda(n)$ -
функция Мангольдта, которая
определяется как
$\Lambda(n)=\log p$, если
$n=p^{k}$ для простого
$p$ и натурального
$k$, и как
$\Lambda(n)=0$, иначе.
Таким образом,
функция Чебышева
$\psi(x)=\sum\limits_{n\leq x}\Lambda(n)$
является сумматорной функцией коэффициентов ряда Дирихле
$\sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{\Lambda(n)}{n^s}$, соответствующего
логарифмической производной
$\frac{\zeta^{'}(s)}{\zeta(s)}$
дзета-функции Римана. Она хорошо известна в аналитической теории чисел и связана со многими классическими задачами, прежде всего, с
асимптотическим законом распределения простых чисел.
В частности, хорошо известно представление функции
$\psi(x)$ по нулям дзета-функции:
$\psi(x)=x-\sum\limits_{|\Im \rho|\leq
T}\frac{x^{\rho}}{\rho}+O\left(\frac{x\ln^{2}x}{T}\right),
$ где
$x=n+0,5$,
$n \in\mathbb{N}$,
$2\leq T \leq x$,
и
$\rho=\beta+i\gamma$ -
нетривиальные нули дзета-функции Римана,
то есть нули
$\zeta(s)$, лежащие в
критической полосе $0< \Re s<1$.
Мы получаем аналогичные представления, связанные с нетривиальными нулями дзета-функции Римана, для двух арифметических функций, родственных функции Чебышева:
$$\psi_{1}(x)=\sum\limits_{n\leq x}(x-n)\Lambda(n) \, \text{ и } \,
\psi_{2}(x)=\sum\limits_{n \leq x}\Lambda(n)\ln\frac{x}{n}.$$
Аналогичные результаты можно получить и для других функций, родственных
функции Чебышева, если использовать логарифмические производные
$L$-функций Дирихле.
Ключевые слова:
арифметические функции, ряд Дирихле, суматорная функция коэффициентов ряда Дирихле, дзета-функция Римана, функция Чебышева, нетривиальные нули дзета-функции Римана, контурное интегрирование.
УДК:
517 Поступила в редакцию: 27.04.2018
Принята в печать: 17.08.2018
DOI:
10.22405/2226-8383-2018-19-2-319-333