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狄利克雷L函數(shù)（狄利克雷L函數(shù)）

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狄利克雷L函數(shù)

狄利克雷L函數(shù)，又稱對應(yīng)于模q的特征Ⅹ(n)的狄利克雷L函數(shù)。

基本信息

中文名	狄利克雷L函數(shù)
應(yīng)用	數(shù)學(xué)
意義	狄利克雷級數(shù)
性質(zhì)	復(fù)變量函數(shù)

狄利克雷L函數(shù)

在數(shù)學(xué)中，狄利克雷L函數(shù)是狄利克雷級數(shù)的特例，它是形如下式的復(fù)變量函數(shù)

在此 χ 是一個狄利克雷特征，

的實(shí)部大于一。此函數(shù)可解析延拓為整個復(fù)平面上的亞純函數(shù)。

約翰·彼得·狄利克雷證明對所有 χ 俱有

，并借此證明狄利克雷定理。若 χ 是主特征，則

在

有單極點(diǎn)。

正文

又稱對應(yīng)于模q的特征Ⅹ(n)的狄利克雷L函數(shù), 即函數(shù)，其中

,Ⅹ(n)是模q的一個特征，復(fù)變數(shù)

。它在

時就是黎曼ζ函數(shù)。這類函數(shù)最初是由P.G.L.狄利克雷在研究算術(shù)級數(shù)中的素數(shù)分布問題時引進(jìn)的。它的性質(zhì)和作用，都與黎曼ζ函數(shù)類似，在許多數(shù)論問題中有重要應(yīng)用。它的主要性質(zhì)有：

① 當(dāng)

時，

，式中

表示對全體素數(shù)求積。因而

。

② 當(dāng)

是模q的主特征時，

于是，通過

就把

解析開拓到全平面。

③ 當(dāng)Ⅹ是模q的非主特征時，一定存在惟一的一個模q*，使當(dāng)

時，有

④ 當(dāng)Ⅹ是模q的原特征時,

可解析開拓為整函數(shù)，且滿足函數(shù)方程

，

式中

τ(Ⅹ)為僅與Ⅹ有關(guān)的常數(shù)，且滿足

的共軛特征，即

⑤ 對任意的模q的特征Ⅹ，有

。

⑥設(shè)Ⅹ是模q的原特征，那么

是L(s,Ⅹ)的一級零點(diǎn)，稱為“無聊零點(diǎn)”；

可能有的其他零點(diǎn)（稱為“非無聊零點(diǎn)”）一定都位于帶形區(qū)域

中;L(s,Ⅹ)確有無窮多個非無聊零點(diǎn)。

⑦　設(shè)

，以

表

在區(qū)域

，

中的零點(diǎn)個數(shù)。因此，當(dāng)Ⅹ 是模q的原特征和

時，有

⑧　設(shè)

，以

表

在區(qū)域

中的零點(diǎn)個數(shù)。再設(shè)

，其中Σ表對模q的所有特征求和。因此，當(dāng)

時，有

。此結(jié)果已被改進(jìn)和推廣，通常稱之為L函數(shù)的零點(diǎn)密度定理。

⑨　在直線

上，

。由此，對任意固定的q，可推出算術(shù)級數(shù)中的素數(shù)定理。

⑩　存在絕對正常數(shù)X1，使得對任意固定的模q,在所有的函數(shù)

中，僅可能除去一個例外函數(shù)外，均在區(qū)域

內(nèi)無零點(diǎn)。如果這樣的例外函數(shù)

存在，那么塣一定是模q的實(shí)的非主特征，且

在上述區(qū)域內(nèi)只有一個一級實(shí)零點(diǎn)戓。這一性質(zhì)是狄利克雷L函數(shù)與黎曼ζ函數(shù)的一個主要差別。研究對應(yīng)于實(shí)特征的L函數(shù)的實(shí)零點(diǎn)，是L函數(shù)論的最重要問題之一。

A. 佩奇于1935年證明了：存在絕對正常數(shù)

，使得對任意的實(shí)原特征Ⅹ modq，

，必有

。由此可推出，存在絕對正常數(shù)

，使得對任意的實(shí)特征 Ⅹ modq，

，當(dāng)時

，

。

　C.L.西格爾于1936年證明了：對任給的正數(shù)ε，存在正常數(shù)

，使得對任意的實(shí)原特征Ⅹmodq,

，必有。由此推出，對任給正數(shù)ε，必有正常數(shù)

，使得對任意的實(shí)特征 Ⅹ modq，

，當(dāng)時

，

。

C. L. 西格爾的結(jié)果雖然優(yōu)于A. 佩奇的結(jié)果，但是常數(shù)

和

至今沒有辦法計算出來。

從性質(zhì)⑩、?、?可推得有余項(xiàng)估計的算術(shù)級數(shù)中的素數(shù)定理（見素數(shù)分布）。類似于黎曼假設(shè)，有所謂廣義黎曼假設(shè)，即猜測所有的狄利克雷L函數(shù)的非無聊零點(diǎn)都位于直線

上，通常簡記作GRH。大量的數(shù)值計算以及理論上的探討都支持這一假設(shè)，但它至今還沒有被證明或否定。從GRH可推出一系列重要的數(shù)論結(jié)果，雖然都是一些假設(shè)性的結(jié)果（其中有的已被無條件地證明了），但是卻指出了研究L函數(shù)零點(diǎn)的重要意義和方向。

參考書目

K.Prachar,Primzahlverteilung,Springer-Verlag, Berlin,1957.

H.Davenport,Multiplicative Number Theory,2nd ed.,Springer-Verlag, Berlin, 1980.

配圖

狄利克雷L函數(shù)

零點(diǎn)

若 χ 是原特征，χ( ? 1) = 1，則 L(s,χ) 在 Re(s)

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