ثابت اویلر–ماسکرونی

ثابت اویلر-ماسکرونی (با نام ثابت اویلر نیز شناخته می‌شود) یک ثابت ریاضی است که در آنالیز و نظریه اعداد بررسی می‌شود، این ثابت معمولاً با حرف یونانی گامای کوچک(γ) نشان داده می‌شود.

مساحت ناحیهٔ آبی رنگ به ثابت اولر-ماسکرونی همگرا است.

این ثابت به صورت حد تفاضل بین سری هارمونیک و لگاریتم طبیعی تعریف می‌شود:

${\begin{aligned}\gamma &=\lim _{n\to \infty }\left(-\ln n+\sum _{k=1}^{n}{\frac {1}{k}}\right)\\[5px]&=\int _{1}^{\infty }\left(-{\frac {1}{x}}+{\frac {1}{\lfloor x\rfloor }}\right)\,dx.\end{aligned}}$

در اینجا، $\lfloor x\rfloor$ تابع جزء صحیح را نشان می‌دهد.

مقدار عددی ثابت اویلر-ماسکرونی، تا ۵۰ رقم اعشار برابر است با:

۰٫۵۷۷۲۱۵۶۶۴۹۰۱۵۳۲۸۶۰۶۰۶۵۱۲۰۹۰۰۸۲۴۰۲۴۳۱۰۴۲۱۵۹۳۳۵۹۳۹۹۲… (دنباله A001620 در OEIS)

دودویی	۰٫۱۰۰۱۰۰۱۱۱۱۰۰۰۱۰۰۰۱۱۰۰۱۱۱۱۱۱۰۰۰۱۱۰۱۱۱۱۱۰۱…
اعشاری	۰٫۵۷۷۲۱۵۶۶۴۹۰۱۵۳۲۸۶۰۶۰۶۵۱۲۰۹۰۰۸۲۴۰۲۴۳۱۰۴۲۱…
بر مبنای شانزده	۰٫۹۳C۴۶۷E۳۷DB۰C۷A۴D۱BE۳F۸۱۰۱۵۲CB۵۶A۱CECC۳A…
کسر مسلسل	[0; 1, 1, 2, 1, 2, 1, 4, 3, 13, 5, 1, 1, 8, 1, 2, 4, 1, 1, ...] (هنوز مشخص نیست که این کسر مسلسل متناهی یا نامتناهی دوره ای یا نامتناهی غیر دوره ای است. کسر مسلسل به روش علامتگذاری خطی نشان داده شده‌است) منبع: (Sloane)

تاریخچه

لئونارد اویلر، ریاضیدان سوئیسی در مقاله ای با عنوان De Progressionibus harmonicis observationes (نمایهٔ Eneström 43) در سال ۱۷۳۴ اولین بار از این ثابت استفاده کرد. اویلر از علامت C و O برای این ثابت استفاده کرد. در سال ۱۷۹۰ ریاضیدان ایتالیایی، لورنزو ماسکرونی از نمادهای A و a برای آن استفاده کرد. علامت γ در هیچ‌یک از نوشته‌های اویلر و ماسکرونی دیده نمی‌شود و شاید بعداً به دلیل ارتباط آن با تابع گاما انتخاب شده باشد (Lagarias 2013). مثلاً، ریاضیدان آلمانی کارل آنتون برسشنایدر از علامت γ در سال ۱۸۳۵ استفاده کرد(Bretschneider 1837) و آگوستوس دمورگان از این علامت در یک کتاب درسی استفاده کرده‌است. (De Morgan & 1836–1842)

ویژگی‌ها

تا به حال جبری یا متعالی بودن عدد γ مشخص نشده‌است. در واقع، حتی گنگ بودن یا نبودن γ نیز معلوم نیست. پاپانیکولائو در سال ۱۹۹۷ با استفاده از تجزیه و تحلیل کسر مسلسل، نشان داد که اگر γ گنگ باشد، مخرج کسر غیرقابل قسم آن باید بیشتر از عدد 10²⁴⁴⁶⁶³ باشد.

ارتباط با تابع گاما

γ به تابع دایگاما Ψ، و مشتق تابع گاما Γ مربوط است، مقدار هر دو تابع در نقطهٔ یک برابر است پس:

$-\gamma =\Gamma '(1)=\Psi (1).$

که این برابر با حد زیر است:

${\begin{aligned}-\gamma &=\lim _{z\to 0}\left(\Gamma (z)-{\frac {1}{z}}\right)\\&=\lim _{z\to 0}\left(\Psi (z)+{\frac {1}{z}}\right).\end{aligned}}$

نتایج حدی بیشتر (Krämer 2005):

${\begin{aligned}\lim _{z\to 0}{\frac {1}{z}}\left({\frac {1}{\Gamma (1+z)}}-{\frac {1}{\Gamma (1-z)}}\right)&=2\gamma \\\lim _{z\to 0}{\frac {1}{z}}\left({\frac {1}{\Psi (1-z)}}-{\frac {1}{\Psi (1+z)}}\right)&={\frac {\pi ^{2}}{3\gamma ^{2}}}.\end{aligned}}$

حد مربوط به تابع بتا است (که بر حسب توابع گاما بیان شده‌است)

${\begin{aligned}\gamma &=\lim _{n\to \infty }\left({\frac {\Gamma \left({\frac {1}{n}}\right)\Gamma (n+1)\,n^{1+{\frac {1}{n}}}}{\Gamma \left(2+n+{\frac {1}{n}}\right)}}-{\frac {n^{2}}{n+1}}\right)\\&=\lim \limits _{m\to \infty }\sum _{k=1}^{m}{m \choose k}{\frac {(-1)^{k}}{k}}\ln {\big (}\Gamma (k+1){\big )}.\end{aligned}}$

کسر مسلسل

بسط کسر مسلسل γ به شکل روبه رو است [0; 1, 1, 2, 1, 2, 1, 4, 3, 13, 5, 1, 1, 8, 1, 2, 4, 1, 1, 40, ...] [0; 1, 1, 2, 1, 2, 1, 4, 3, 13, 5, 1, 1, 8, 1, 2, 4, 1, 1, 40, …] [0; 1, 1, 2, 1, 2, 1, 4, 3, 13, 5, 1, 1, 8, 1, 2, 4, 1, 1, 40, ...] [0; 1, 1, 2, 1, 2, 1, 4, 3, 13, 5, 1, 1, 8, 1, 2, 4, 1, 1, 40, ...] OEIS: A002852، که الگوی آشکاری ندارد. ۴۷۵٬۰۰۶ مورد از اعداد الگوی بالا پیدا شده‌اند، و تعدادشان بی‌نهایت است اگر و تنها اگر γ گنگ باشد.

abm(x) = γ_−x

منابع

• Borwein, Jonathan M.; David M. Bradley; Richard E. Crandall (2000). "Computational Strategies for the Riemann Zeta Function" (PDF). Journal of Computational and Applied Mathematics. 121 (1–2): 11. Bibcode:2000JCoAM.121..247B. doi:10.1016/s0377-0427(00)00336-8. Archived from the original (PDF) on 25 September 2006. Retrieved 6 September 2020. γ به عنوان مبالغی از توابع zeta ریمان استخراج می‌کند.
• Gerst, I. (1969). "Some series for Euler's constant". Amer. Math. Monthly. 76 (3): 237–275. doi:10.2307/2316370. JSTOR 2316370.
• Glaisher, James Whitbread Lee (1872). "On the history of Euler's constant". Messenger of Mathematics. 1: 25–30. JFM 03.0130.01.
• Gourdon, Xavier; Seba, P. (2002). "Collection of formulas for Euler's constant, γ".
• Gourdon , Xavier و Sebah , P. (2004) " ثابت اولر: γ " .
• Karatsuba, E. A. (1991). "Fast evaluation of transcendental functions". Probl. Inf. Transm. 27: 339–360.
• Karatsuba, E.A. (2000). "On the computation of the Euler constant γ". Journal of Numerical Algorithms. 24 (1–2): 83–97. doi:10.1023/A:1019137125281.
• Knuth, Donald (1997). The Art of Computer Programming, Vol. 1 (3rd ed.). Addison-Wesley. ISBN 0-201-89683-4. Knuth, Donald (1997). The Art of Computer Programming, Vol. 1 (3rd ed.). Addison-Wesley. ISBN 0-201-89683-4. Knuth, Donald (1997). The Art of Computer Programming, Vol. 1 (3rd ed.). Addison-Wesley. ISBN 0-201-89683-4.
• Lerch, M. (1897). "Expressions nouvelles de la constante d'Euler". Sitzungsberichte der Königlich Böhmischen Gesellschaft der Wissenschaften. 42: 5.
• Mascheroni, Lorenzo (1790), Adnotationes ad calculum integralem Euleri, in quibus nonnulla problemata ab Eulero proposita resolvuntur, Galeati, Ticini
• Lehmer, D. H. (1975). "Euler constants for arithmetical progressions" (PDF). Acta Arith. 27: 125–142. doi:10.4064/aa-27-1-125-142.
• Vacca, G. (1926). "Nuova serie per la costante di Eulero, C = 0,577...". Rendiconti, Accademia Nazionale dei Lincei, Roma, Classe di Scienze Fisiche". Matematiche e Naturali. 6 (3): 19–20.

پیوند به بیرون

• "Euler constant", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press, 2001 [1994]
• Weisstein, Eric W. "Euler–Mascheroni constant". MathWorld.
• Jonathan Sondow. بایگانی‌شده در ۱۰ دسامبر ۲۰۰۷ توسط Wayback Machine
• Fast Algorithms and the FEE Method, E.A. Karatsuba (2005)
• Further formulae which make use of the constant: Gourdon and Sebah (2004).