보렐 합계
Borel summation당시 무명의 청년이었던 보렐은 그의 요약법이 많은 고전적인 다이버전트 시리즈에 '올바른' 해답을 주었다는 것을 발견했다. 그는 복잡한 분석의 영주로 인정받는 미타그-레플러를 보기 위해 스톡홀름으로 순례하기로 결심했다. 미타그-레플러는 보렐이 해야 할 말을 공손히 듣고 나서 스승인 위어스트라스의 완결작품에 손을 얹으며 라틴어로 '마스터가 금한다'고 말했다.
Mark Kac, quoted by Reed & Simon (1978, p. 38)
수학에서 보렐 합계는 에밀 보렐(1899년)이 도입한 다이버전트 계열의 합계법이다. 이것은 특히 상이한 무증상 시리즈를 합하는 데 유용하며, 어떤 의미에서는 그러한 시리즈에 대해 가능한 최고의 합을 제공한다. 이 방법에는 보렐 합계라고도 하는 몇 가지 변형이 있으며, 미타그-레플러 합계라고도 한다.
정의
보렐 합계라고 하는 세 가지 약간 다른 방법이 있다. 어떤 시리즈를 합칠 수 있지만 일관성이 있는지는 서로 다르다. 즉, 두 가지 방법이 같은 시리즈를 합치면 같은 답을 낸다는 뜻이다.
전체적으로 A(z)가 공식 파워 시리즈를 나타내도록 하십시오.
A의 보렐 변환을 등가 지수 영상 시리즈로 정의
보렐의 지수 합계법
An(z)가 부분 합을 나타내도록 한다.
보렐의 합계법의 약한 형태는 A의 보렐 합계를 다음과 같이 정의한다.
이것이 z z C에서 일부 a(z)로 수렴되면 A의 약한 보렐 합이 에서 수렴된다고 하고, k = ( ) ) \\\ ({\
보렐의 적분 합산법
보렐 변환이 모든 양의 실수에 대해 충분히 느리게 증가하는 함수로 수렴되어 다음 적분(부적합한 적분)이 잘 정의되어 있다고 가정하자. A의 보렐 합은 다음과 같다.
만일 일체형이 z ∈ C에서 일부 a(z)로 수렴되면 A의 보렐 합이 z에서 수렴된다고 하고, = a( z) ) \\\\ ({\
해석적 연속성을 갖는 보렐의 통합적 합계법
이는 보렐 변환이 모든 t에 대해 수렴할 필요가 없다는 점을 제외하고, 보렐의 통합적 합계 방법과 유사하며, 이는 양의 실제 축을 따라 분석적으로 지속할 수 있는 t에 가까운 분석 함수로 수렴할 필요가 있다.
기본 속성
규칙성
방법(B)과 (wB)는 둘 다 정규 합계법으로서, A(z)가 수렴할 때마다(표준적인 의미에서는), 보렐 합과 약한 보렐 합도 수렴하여 같은 값(즉, 같은 값)으로 한다.
(B)의 규칙성은 절대 수렴에 의해 유효하며, A(z)가 z에서 수렴되는 경우에는 (B)의 순서가 변경되어 쉽게 나타난다.
여기서 가장 오른쪽 표현은 정확히 z에서 보렐 합이다.
(B)와 (wB)의 정규성은 이러한 방법이 A(z)에 대한 분석적 확장을 제공한다는 것을 의미한다.
보렐과 보렐 합계의 비양점
보렐이 z summ C에서 약하게 요약되는 모든 시리즈 A(z)도 보렐이 z에서 요약된다. 그러나 약한 보렐 합계에서는 다양하지만 보렐 합계에서는 가능한 시리즈의 예를 구성할 수 있다. 다음의 정리는 두 가지 방법의 등가성을 특징으로 한다.
- 정리 (Hardy 1992, 8.5)
- A(z)를 공식 파워 시리즈로 하고 z ∈ C를 고정시킨 다음,
- If , then .
- If , and then
기타 합계 방법과의 관계
- (B)는 α = 1을 가진 미타그-레플러 합산의 특별한 경우다.
- (wB)는 q → ∞로서 (E,q) 방법의 수렴 영역이 (B)의 수렴 영역으로 수렴된다는 점에서 일반화된 오일러 종합법(E,q)의 제한 사례로 볼 수 있다.[1]
고유성 이론
어떤 점증적 팽창과 함께 항상 많은 다른 기능들이 있다. 그러나 일부 지역에서는 유한차원 근사치의 오차가 가능한 한 작다는 점에서 때로는 최선의 함수가 있다. 왓슨의 정리와 칼레만의 정리는 보렐의 합이 그렇게 가능한 시리즈 합계를 만들어 낸다는 것을 보여준다.
왓슨의 정리
왓슨의 정리는 어떤 함수가 점근성 계열의 보렐 합이 될 수 있는 조건을 제시한다. f가 다음 조건을 만족하는 함수라고 가정하자.
- f는 일부 영역 z < R, arg(z) < π/2 + ε에서 일부 양의 R과 ε에 대해 홀모픽이다.
- 이 부위에서 f는 점증상 시리즈0 a + 아즈1 + ...를 가지고 있다. 오류가 있는 속성을 가지고.
에 의해 제한되다
해당 지역의 모든 z에 대해(일부 양의 상수 C에 대해)
그러면 왓슨의 정리는 이 지역에서 f는 점근성 계열의 보렐 합에 의해 주어진다고 말한다. 보다 정확히 말하면, 보렐 변환에 대한 시리즈는 원점 부근에 수렴되며, 분석적으로 양의 실제 축으로 이어질 수 있으며, 보렐 합계를 정의하는 적분은 위의 영역에서 z의 경우 f(z)로 수렴된다.
좀 더 일반적으로 f는 위의 오차 추정치의 n!이 kn!으로 대체되는 경우, 조건 arg(z) < π/2 + ε이 arg(z) < kπ/2 + ε으로 대체되는 경우, 여전히 점증상 시리즈로 결정된다. 이것은 어떤 의미에서 가장 좋은 방법이다. 숫자 k k/2를 더 작은 숫자로 교체할 경우 counterexamp가 있기 때문이다.[clarification needed]
칼레만의 정리
칼레만의 정리를 보면 유한 순서 근사치의 오차가 너무 빨리 커지지 않는 한 섹터의 점증상 시리즈에 의해 함수가 고유하게 결정된다는 것을 알 수 있다. 보다 정확히 말하면, 이 영역에서는 f가 모든 n에 대해 z < C, Re(z) > 0과 f(z) < bz의n 내부에 분석적이라면, 시리즈0 1/b + 11/b + ...의 경우에 f는 0이다. 갈라지다
칼레만의 정리는 용어가 너무 빨리 자라지 않는 모든 점증적 시리즈에 대해 합계 방법을 주는데, 그 합이 존재한다면 적절한 섹터에서 이 점증적 시리즈를 가진 고유함수로 정의할 수 있기 때문이다. 보렐 합계는 bn =cn이 일부 상수 c일 때 이것의 특별한 경우보다 약간 약하다. 보다n 일반적으로는 b = cnlog n 또는 bn =cnlog n 로그 n과 같은 숫자 b를n 약간 더 크게 가져옴으로써 보렐보다 약간 더 강한 합계 방법을 정의할 수 있다. 보렐의 방법으로도 요약할 수 없는 이 방법으로 요약할 수 있는 시리즈에 대한 자연적인 예는 거의 없기 때문에 실제로 이 일반화는 별로 쓸모가 없다.
예
f(z) = exp(–1/z) 함수에는 점증상 시리즈 0 + 0z+ ... 지역 arg(z) < θ/2에 대해 위 형식의 오류 경계가 있는 경우, 그러나 점근성 계열의 보렐 합에 의해 주어지지 않는다. 이것은 왓슨의 정리에서 숫자 //2를 더 작은 숫자로 대체할 수 없다는 것을 보여준다(오차의 한계를 더 작게 하지 않는 한).
예
기하 급수
z < 1의 경우 (표준적 의미에서는) 1/(1 - z)로 수렴한다. 보렐 변환은
거기서 우리는 보렐 합을 얻는다.
더 큰 영역인 Re(z) < 1에서 수렴하여 원래의 영상 시리즈의 분석적 연속성을 제공한다.
대신 약한 보렐 변환을 고려했을 때 부분 합은N A(z) = (1N+1 - z)/(1 - z)로 주어지기 때문에 약한 보렐 합은
여기서 다시, 수렴은 Re(z) < 1. 또는 Re(z) < 1의 경우, 동등성 정리의 제2부에 호소함으로써 알 수 있다.
교대 요인 열
시리즈를 고려
그러면 A(z)는 0이 아닌 z ∈ C에 대해 수렴하지 않는다. 보렐 변환은
t < 1의 경우, 분석적으로 모든 t ≥ 0까지 지속될 수 있다. 따라서 보렐 합은 다음과 같다.
(여기서 γ은 불완전한 감마함수다.)
이 일체형은 모든 z ≥ 0에 수렴되므로 원래의 다이버전트 시리즈는 그러한 모든 z에 대해 Borel summitable이다. 이 함수는 z가 원래 다이버전트 계열에 의해 주어지는 0을 경향이 있기 때문에 점증하지 않는 팽창을 가진다. 이것은 보렐 합계가 때때로 "정확하게" 분산된 점증적 팽창이 된다는 사실을 보여주는 전형적인 예다.
다시, 그 이후로
모든 z에 대해 동등성 정리는 약한 보렐 합계가 동일한 수렴 영역인 z ≥ 0을 갖도록 보장한다.
동등성이 실패하는 예제
다음 예는 (Hardy 1992, 8.5)에 제시된 예에 해당된다. 고려하다
합계 순서를 변경한 후 Borel 변환은 다음과 같이 주어진다.
z = 2에서 보렐 합은
여기서 S(x)는 프레스넬 적분이다. 화음을 따라 수렴 정리를 통해 보렐 적분은 모든 z ≤ 2 (z > 2에 대한 적분 다이버)에 대해 수렴한다.
약한 보렐 합을 위해 우리는 다음과 같이 언급한다.
z < 1만을 보유하므로 약한 보렐 합은 이 작은 영역으로 수렴된다.
존재 결과 및 수렴 영역
화음의 합계성
공식 시리즈 A(z)가 z0 ∈ C에서 보렐을 합한 경우, z와0 원점을 연결하는 오즈의0 모든 지점에서 보렐도 합산이 가능하다. 더욱이, 다음과 같은0 반경 Oz를 가진 함수 a(z) 분석물이 디스크 전체에 존재한다.
모든 z = θz0, θ [0,1]에 대해
즉각적인 결과는 보렐섬의 수렴영역이 C의 별영역이라는 것이다. 보렐 합계의 융합영역에 대해서는 보렐 폴리곤(Borel polygon)이라고 일컬어지는 별영역이며, 시리즈 A(z)의 특이점에 의해 결정된다는 점보다 더 많은 것을 말할 수 있다.
보렐 폴리곤
A(z)가 엄격히 양의 수렴 반경을 가지고 있기 때문에 원점을 포함하는 비교 영역에서 분석된다고 가정하고, S가A A의 특이점 집합을 나타내도록 한다. 즉, A가 0에서 P까지의 개방현재를 따라 분석적으로 계속 진행할 수 있는 경우에만 P ∈ S를A 의미하지만 P 자체는 아니다. P ∈ S의A 경우, L은P 현 OP에 수직인 P를 통과하는 선을 나타내도록 한다. 세트 정의
L의P 원점과 같은 면에 놓여 있는 점 세트 A의 보렐 폴리곤은 집합이다.
대체 정의는 보렐과 프라그멘(Sansone & Gerretsen 1960, 8.3)이 사용하였다. Let denote the largest star domain on which there is an analytic extension of A, then is the largest subset of such that for all the interior of the circle with diameter OP is contained in . Referring to the set as a polygon is somewhat of a misnomer, since the set need not be polygonal at all; if, however, A(z) has only finitely many singularities then will in fact be a polygon.
보렐과 프라그멘으로 인한 다음의 정리는 보렐 합산을 위한 수렴 기준을 제공한다.
- 정리(Hardy 1992, 8.8).
- The series A(z) is (B) summable at all , and is (B) divergent at all .
∂ ∂ \ \ 에 대한 (B) 종합성은 점의 특성에 따라 다르다는 점에 유의하십시오.
예 1
Ωi ∈ C는 단결의 m-th 뿌리, i = 1, ..., m을 나타내며 고려한다.
which converges on B(0,1) ⊂ C. Seen as a function on C, A(z) has singularities at SA = {ωi : i = 1, ..., m}, and consequently the Borel polygon is given by the regular m-gon centred at the origin, and such that 1 ∈ C is a midpoint of an edge.
예 2
정식 시리즈
모든 < 에 대한 수렴(예를 들어 기하학적 시리즈와의 비교 테스트) 그러나 A는 어떤 점 z ∈ C에 대해서도 수렴하지 않는다는 것을 보여줄[2] 수 있다. 예를 들어 z = 일부2n n에 대해서는 1이다. 그러한 z의 집합은 단위 원 안에 밀도가 높기 때문에 B(0,1) 이외의 A의 분석적 확장은 있을 수 없다. 그 후 A가 분석적으로 확장될 수 있는 가장 큰 항성 영역은 S = B()이며, 여기서 (두 번째 정의를 통해) A= B 1) )를 얻는다 특히 보렐 폴리곤은 다각형이 아니라고 본다.
타우베리아의 정리
타우베리안 정리는 한 합계 방법의 수렴이 다른 방법의 수렴을 암시하는 조건을 제공한다. 보렐 합산을 위한 주요 타우베리안 정리는[1] 약한 보렐 방법이 시리즈의 정합성을 암시하는 조건을 제공한다.
- 정리(Hardy 1992, 9.13) A가 z0 ∈ C에서 (wB)를 합한 경우, 0= ( ( B) displaystyle {\\\}^{k ({\
- 그러면∑ = = a ( ) k}^{에 대한 영상 시리즈 수렴이 모든 z < z >에 대해0 수행된다.
적용들
보렐 합계는 양자장 이론의 섭동 팽창에서 응용을 발견한다. 특히 2차원 유클리드 장 이론에서 슈윙거 기능은 종종 보렐 합계를 사용하여 섭동 시리즈에서 복구할 수 있다(Glim & Jaffe 1987, 페이지 461). 보렐 변환의 특이점 중 일부는 양자장 이론에서 인스턴스(inston)와 뉴노말론(renormalon)과 관련이 있다(Weinberg 2005, 20.7).
일반화
보렐 합계는 계수가 너무 빨리 자라지 않도록 요구한다. 더 정확히 말하면, 일부 C의 경우 a는n n!C로n+1 경계해야 한다. 일부 양의 정수 k의 경우 요인 n!을 (kn!)로 대체하는 보렐 합계의 변화가 있으며, 이를 통해 일부 시리즈를 (kn)!C로n+1 제한하여n 일부 C의 경우 일부 C의 경우 (kn)!C로 합칠 수 있다. 이 일반화는 미타그-레플러 요약에 의해 주어진다.
가장 일반적인 경우, 보렐 합계는 나흐빈 이력화에 의해 일반화되는데, 이것은 경계함수가 지수형이 아닌 어떤 일반형(psi형)일 때 사용할 수 있다.
참고 항목
메모들
- ^ a b 하디, G. H. (1992) 다이버전트 시리즈. 로드 아일랜드의 AMS 첼시.
- ^ "Natural Boundary". MathWorld. Retrieved 19 October 2016.
참조
- Borel, E. (1899), "Mémoire sur les séries divergentes", Ann. Sci. Éc. Norm. Supér., Series 3, 16: 9–131, doi:10.24033/asens.463
- Glimm, James; Jaffe, Arthur (1987), Quantum physics (2nd ed.), Berlin, New York: Springer-Verlag, doi:10.1007/978-1-4612-4728-9, ISBN 978-0-387-96476-8, MR 0887102
- Hardy, Godfrey Harold (1992) [1949], Divergent Series, New York: Chelsea, ISBN 978-0-8218-2649-2, MR 0030620
- Reed, Michael; Simon, Barry (1978), Methods of modern mathematical physics. IV. Analysis of operators, New York: Academic Press [Harcourt Brace Jovanovich Publishers], ISBN 978-0-12-585004-9, MR 0493421
- Sansone, Giovanni; Gerretsen, Johan (1960), Lectures on the theory of functions of a complex variable. I. Holomorphic functions, P. Noordhoff, Groningen, MR 0113988
- Weinberg, Steven (2005), The quantum theory of fields., II, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-55002-4, MR 2148467
- Zakharov, A. A. (2001) [1994], "Borel summation method", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press