분할 함수(수론)

Partition function (number theory)
파티션 함수(1, 2, 3, 5, 7, 11, 15 및 22)의 p1 (8{p(1 1~8 의 번호의 파티션에 대해 Young 도표를 세는 것으로 확인할 수 있습니다.

수론에서, 분할 함수 p(n)는 음이 아닌 정수 n의 가능한 분할 를 나타낸다.예를 들어, 정수 4에 파티션 1 + 1 + 1 + 1, 1 + 2 + 2, 1 + 3, 2 + 2 및 4가 5개 있기 때문에 p(4) = 5입니다.

분할 함수에 대한 닫힌 형식 표현식은 알려져 있지 않지만, 정확하게 근사하는 점근 확장과 정확하게 계산할 수 있는 반복 관계가 모두 있습니다.그것은 그 주장제곱근의 지수함수로 성장한다. 생성 함수의 곱셈 역수는 오일러 함수이다; 오일러의 오각수 정리에 의해 이 함수는 그 인수의 오각수 거듭제곱의 교대합이다.

Srinivasa Ramanujan은 분할 함수가 모듈식 산술에서 중요하지 않은 패턴을 가지고 있다는 것을 처음 발견했습니다. 지금은 라마누잔의 합동으로 알려져 있습니다.예를 들어 n의 소수점 표현이 숫자 4 또는 9로 끝날 때마다 n의 파티션 수는 5로 나누어집니다.

정의와 예시

양의 정수 n의 경우 p(n)는 n을 양의 정수 합으로 나타내는 고유한 방법의 수입니다.이 정의의 목적상, 합계의 용어의 순서는 무관하다. 즉, 같은 용어의 순서가 다른 두 합계는 구별되는 것으로 간주되지 않는다.

규칙 p(0) = 1에 따르면, 0을 양의 정수의 합으로 표현하는 한 가지 방법( 합)이 있기 때문이다.또한 n이 음수일 p(n) = 0이다.

p(0) = 1시작하는 파티션 함수의 처음 몇 가지 값은 다음과 같습니다.

1, 2, 3, 7, 11, 15, 22, 30, 42, 56, 77, 101, 135, 176, 231, 297, 385, 490, 627, 792, 1002, 1255, 1575, 1958, 2436, 3010, 3718, 4565, 5604, ...(OEIS의 시퀀스 A000041).

n 이 클 경우 p(n)의 정확한 값은 다음과 같습니다.[1]

2022년 6월 현재 p(n) 가장소수는 p(1289844341)이며, 소수 [2][3]자릿수는 40,000자리이다.또한 2022년 3월까지 타원곡선 원시성 증명[4]통해 증명된 가장 큰 소수였다.

생성함수

p(40)찾기 위해 오일러의 방법 사용: 플러스 및 마이너스 기호(회색 상자)가 있는 자를 아래로 미끄러뜨리고 관련 항을 추가하거나 뺍니다.부호의 위치는 자연수(파란색)와 홀수(주황색)를 번갈아 가며 나타내는 차이다.SVG 파일에서 이미지 위로 마우스를 가져가서 눈금자를 이동합니다.

p(n)의 생성 함수는 다음과[5] 같습니다.

공식의 첫 번째 줄과 두 번째 줄의 곱은 각각1- ) { 1 )를 1+ +x + x 3 k + 로 확장하여 구합니다 (1 + { k } + ^ { + } + } 확대된 제품이 첫 번째 줄의 합계와 동일한지 확인하려면 제품에 분배법칙을 적용한다이것에 의해, x a 1 x a { x^ { _ { } { {2 { _ \ } 모노미얼의 합계가 이것들 중 최종적으로는 이 아닙니다.이 용어의 지수는 n {\ n=\ ia_이며, 이 합계는 n n의 i {\ 으로 분할한 으로 해석할 수 있습니다. 지수 n n 갖는 제품의 항 수는 p p 왼쪽 합계의 x와 같습니다.따라서, 합계는 곱과 같다.

공식의 세 번째와 네 번째 줄의 분모에 나타나는 함수는 오일러 함수입니다.첫 번째 줄의 곱과 세 번째 줄과 네 번째 줄의 공식 사이의 등식은 오일러의 오각수 정리입니다.이 행의 xx})의 { ,- ,2,} { \ displaystyle k ( ) / ( \ _ { } = ( / } ( \ k \ \ \ 0 , 1 - )k의 값(\ k세 번째 줄의 플러스 기호와 마이너스 기호 패턴은 네 번째 줄의(-})에서 유래합니다. k 선택에서도 플러스 항이 생성되고 홀수 선택에서도 마이너스 항이 생성됩니다.

보다 일반적으로 대한 생성 함수를 양의 정수 AA에서 선택한 숫자로는 k A(\ k A의 첫 번째 곱에서만 찾을 수 있습니다. 이 결과는 Leonhard [6]Euler에 의한 것입니다.오일러 생성 함수의 공식은 q q - Pochhammer 의 특수한 경우이며 많은 모듈 형식, 특히 데데킨드 에타 함수의 제품 공식과 유사하다.

반복 관계

파티션 [7]함수의 반복 관계에는 동일한 오각형 숫자의 시퀀스가 표시됩니다.

기본 로서 p( ) {p( {1 p( { p k { k에 대해 0이 아닌 것으로 간주됩니다.오른쪽의 합계는 무한대로 보이지만, 0이 k{ k의 값에서 유래한 항이 매우 많습니다. k

p( ){ p 또 다른 반복 관계는 제수함수으로 나타낼 수 있다.[8]

q {q( 반복되는 부분이 없는 n n 파티션 수를 나타내는 각 파티션을 짝수 부분과 홀수 부분으로 분할하고 짝수 부분을 두 개로 나눕니다[9].

일치

Srinivasa Ramanujan은 분할 함수가 모듈식 산술에서 중요하지 않은 패턴을 가지고 있다는 것을 발견한 것으로 인정된다.예를 들어, 파티션의 수는 일치로[10] 표현되는 숫자 4 또는 9에서 n n 표현이 끝날 때마다 5로 나눌 수 있습니다.

예를 들어 정수 4의 파티션 수는 5입니다.정수 9의 경우 파티션 수는 30, 14의 경우 135개의 파티션이 있습니다.이 일치성은 보다 일반적인 정체성에 의해 암시된다.
또한 Ramanujan에 [11][12]의해 정의됩니다.여기서표기법 ( {\ (}}은 다음에 정의된 제품을 나타냅니다.
이 결과의 간단한 증명은 분할 함수 생성 함수에서 얻을 수 있다.

라마누잔은 또한 7번과 [10]11번의 일치모듈로를 발견했다.

첫 번째는 라마누잔의 정체성으로부터[12] 나온 건데

5, 7, 및 11은 연속된 소수이므로 pk + 0 ( 13 p(+ 0 다음 소수에도 한 합치가 있을 수 있습니다.단, 5, 7, 또는 [13]11 이외의 소수 b에 대해서는 p + a )0 ( b p ( )\ 0 {\ 일치성이 없습니다.일치성을 얻으려면 p 인수가+ a+ displaystyle cbk + a\ c을 취해야 합니다. 1960년대 시카고 대학의 A. O. L. Atkin은 소량 모듈리 형태의 추가 합성을 발견했습니다.예를 들어 다음과 같습니다.

오노(2000)는 3보다 큰 모든 소수에 대해 그러한 합치가 있다는 것을 증명했다.나중에 Ahlgren & Ono(2001)는 [14][15]6에 대한 모든 정수공영수에 파티션 일치모듈이 있음을 보여주었다.

근사 공식

위에 제시된 정확한 공식보다 더 빨리 계산하는 근사 공식들이 존재합니다.

p(n)에 대한 점근식은 다음과 같이 주어진다.

() ~ exp( n p ( )\ { {}{ { 3} \ \ { { 2 } { \ right n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n p p p n

점근 공식은 1918년 G. H. HardyRamanujan의해 처음 얻었고 1920년 J. V. Uspensky에 의해 독립적으로 얻어졌다.p {p(하면 점근식은 약. 2. 10로 위의 정확한 답변에 상당히 근접합니다(참값보다 1.415% 큼).

Hardy와 Ramanujan은 이 근사치를 첫 번째 [16]항으로 하여 점근 확장을 구했다.

어디에
여기서 m , ) {\)= 합계가 k{\ k상대적으로 소수인m {\ m 에만 적용됨을 의미합니다. s ,) { s Dedekind의 합계입니다.

v{\ v 용어 의 오류는 다음 항의 이며 v {\ v n{\의 순서로 간주할 수 있습니다. 예를 들어 Hardy와 Ramanujan은 p( {p( v 의 합계에 가장 가까운 정수임을 보여 줍니다. v[16] 항입니다.

1937년 Hans Rademacher는 p( ) p ( )의 수렴 급수식을 제공함으로써 Hardy 와 Ramanujan 의 결과를 개선할 수 있었습니다[17][18].

라데마허 공식의 증명은 포드 원, 파레이 수열, 모듈러 대칭, 데데킨드 에타 함수를 포함한다.

Rademacher 시리즈의 항은 과 같습니다.

따라서 첫 번째 항은 하디-라마누잔 점근 근사치를 제공한다.Paul Erd's(1942)는 p( p[19][20]의 점근 공식의 기초 증거를 발표했다.

컴퓨터에서 Hardy-Ramanujan-Rademacher 공식을 효율적으로 구현하기 위한 기법은 요한슨(2012)에 의해 논의되었다. 요한슨(2012)은p( {n) {O(n 1/ + } { O } > \ \areps에 할 수 있음을 .이는 결과의 [21]자릿수와 일치한다는 점에서 거의 최적입니다.정확하게 계산된 파티션 함수의 최대값은 ( 20 p(로, 110억 [22]자리수를 약간 넘습니다.

엄격한 파티션 기능

정의 및 속성

영향을 받는 파티션의 합계에 반복적으로 합계가 발생하지[23] 않으면 이른바 엄밀한 파티션이 존재합니다.함수 Q(n)는 주어진 합계 n에 대해 이러한 엄밀한 파티션의 수를 나타냅니다.따라서 완전 파티션시퀀스 Q(n)는 모든 N(\ n의 기준 Q(n)) P(n)를 충족합니다.파티션 합계에 홀수[25] 섬만 표시될 수 있지만 여러 번 발생할 수도 있는 경우에도 같은 결과가[24] 나타납니다.

완전 파티션 번호의 예시 값

파티션 표현:

Q(n) 및 관련 번호 파티션의 예시 값
n 질문(n) 반복 추가 없이 파티션 수 홀수 추가만 있는 파티션 수
0 1 () 빈 파티션 () 빈 파티션
1 1 (1) (1)
2 1 (2) (1+1)
3 2 (1+2), (3) (1+1+1), (3)
4 2 (1+3), (4) (1+1+1+1), (1+3)
5 3 (2+3), (1+4), (5) (1+1+1+1+1), (1+1+3), (5)
6 4 (1+2+3), (2+4), (1+5), (6) (1+1+1+1+1+1), (1+1+1+3), (3+3), (1+5)
7 5 (1+2+4), (3+4), (2+5), (1+6), (7) (1+1+1+1+1+1+1), (1+1+1+1+3), (1+3+3), (1+1+5), (7)
8 6 (1+3+4), (1+2+5), (3+5), (2+6), (1+7), (8) (1+1+1+1+1+1+1+1), (1+1+1+1+1+3), (1+1+3+3), (1+1+1+5), (3+5), (1+7)
9 8 (2+3+4), (1+3+5), (4+5), (1+2+6), (3+6), (2+7), (1+8), (9) ......
10 10 (1+2+3+4), (2+3+5), (1+4+5), (1+3+6), (4+6), (1+2+7), (3+7), (2+8), (1+9), (10) ......

맥로린 시리즈

숫자 Q(n)를 x 앞에n 계수로 하는 MacLaurin 계열에 기초한 해당 생성 함수는 다음과 같습니다.

다음과 같은 첫 번째 추가 정보를 얻을 수 있습니다.

이에 비해 정규 파티션 번호 P(n)의 생성 함수는 Theta 함수에 대해 다음과 같은 동일성을 가진다.

Theta 함수에 대한 중요한 계산 공식:

다음은 언급된 두 가지 Theta 함수의 정의입니다.

괄호 안의 제품은 이른바 Pochhammer 제품이며 다음과 같이 정의됩니다.

다음으로 두 가지 예를 제시하겠습니다.

완전 파티션 번호에 대한 ID

Pochhammer 제품에는 다음 ID가 유효합니다.

이 아이덴티티에서 다음 공식을 따릅니다.

따라서 이들 2개의 공식은 수열 P(n)의 합성에 유효하다.

다음 예제에서는 두 가지 예가 정확하게 실행됩니다.

레퍼런스

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외부 링크