Обобщённые суммы Гаусса и многочлены Бернулли
В. Н. Чубариков Механико-математический факультет Московского государственного университета имени
М. В. Ломоносова, г. Москва
Аннотация:
Для периодической арифметической функции с периодом, равным простому числу
$q,$ при целых
$m,n$ вводится понятие обобщённой суммы Гаусса
$G_f(m)$ с символом Лежандра
$\left(\frac nq\right)$:
$$
G_f(m)=\sum_{n=1}^{q-1}\left(\frac nq\right)f\left(\frac{mn}q\right).
$$
Рассмотрены частные случаи
$f(x)=B_\nu(\{x\}), \nu\geq 1,$ где
$B_\nu(x)$ — многочлены Бернулли.
В работе используется техника конечных рядов Фурье. Если функция
$f\left(\frac{k}{q}\right)$ определена в точках
$k=0,1,\ldots,q-1$, то её можно разложить в конечный ряд Фурье
$$
f\left(\frac{k}{q}\right)=\sum_{m=0}^{q-1}c_me^{2\pi i\frac{mk}{q}}, \quad c_m=\frac{1}{q}\sum_{k=0}^{q-1}f\left(\frac{k}{q}\right)e^{-2\pi i\frac{mk}{q}}.
$$
С помощью разложения в конечный ряд Фурье обобщённой суммы Гаусса
$$
G_\nu(m)=G_\nu(m;B_\nu)=\sum_{n=1}^{q-1}\left(\frac nq\right)B_\nu{\left(\left\{x+\frac{mn}q\right\}\right)}
$$
при
$\nu=1$ и
$\nu=2$ найдены новые формулы, выражающие значение символа Лежандра через полные суммы от периодических функций. Это обстоятельство позволяет получить новые аналитические свойства соответствующих рядов Дирихле и арифметических функций, что будет темой следующих работ.
В работе обнаружено важное свойство сумм
$G_1$ и
$G_2$, а именно:
$G_1\ne 0,$ если
$q\equiv 3\pmod 4$ и
$G_1=0,$ если
$q\equiv 1\pmod 4;$
$G_2= 0,$ если
$q\equiv 3\pmod 4$ и $G_2=\frac 1{q^2}\sum\limits_{n=1}^{q-1}n^2\left(\frac nq\right),$ если
$q\equiv 1\pmod 4.$
Ключевые слова:
Суммы Гаусса, многочлены Бернулли, символ Лежандра.
УДК:
511.3
Поступила в редакцию: 01.02.2019
Принята в печать: 10.04.2019
DOI:
10.22405/2226-8383-2018-20-1-284-293