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On the analytic behaviour of higher derivatives of Hardy's Z-function, and a certain discrete moment of the first derivative of Dirichlet L-functions

小林, 弘京 名古屋大学

2022.05.19

概要

本論文はHardyのZ- 関数の高階導関数の解析的挙動, 及びDirichletか関数の一階導関数の離散的平面値について自身が得た結果を基に,着想の発端となった先行研究を交えて論じたものである.
HardyのZ-関数とはRiemann Q関数の臨界線上の値に対応する実数値関数であり,実数土に対してZ(i)で表される. 従ってRiemann く- 関数の挙動を調べるためにHardyの Z-関数及びその高階導関数を研究するというのは自然な発想である.実際,HardyのZ-関数の符号変化を観測することでRiemann G関数の零点分布•を調べるという研究が行われている. HardyのZ-関数の高階導関数については,松木一谷川の両氏によって零点の個数の評価式が得られており,さらにその結果を踏まえて松岡氏は,Riemann予想を仮定すると, 全ての非負整数トに対してある正数はが存在して, 土 > tk ならばZ(ん)(りの連続する零点の間にただ一っZ(k+D(りの零点が存在するという事実を証明した.木論文におftる HardyのZ-関数の高階導関数の解析的挙動に関する部分は松岡氏の結果を端緒として着想を得たものである.

本論文ではまず, 第二章においてHardyのZ-関数の高階導関数に対応する有理型関数を定義し,その諸性質を紹介している.これらの多くは松木-谷川の両氏,及び松岡氏によって導入されたものであり, 特にZk ( s) の零点及び極に関する結果は第三, 第四章において基木的役割を果たしている. ここでは更に, 松岡氏によって導入された, A(.s)と表される有理型関数も紹介する.実はZMs)はこの関数と,Riemann C-関数の高階導関数との組み合わせで表すことができ,Zk (s)の解析的挙動に少なからぬ影響を与えている.この九(s)に関するいくつかの事実は筆者が新たに発見したものであり,それらもまた第三,第四章において重要な役割を果たしている.

第三章ではZMs) を完備化した整関数& ( s) を定義している. この&( s) は筆者が新たに導入したものであり,Riemann く-関数を完備化したRiemann く-関数の一種の自然な一般化とみなすことができる. この&(s)について:筆者は関数等式,因数分解及び整数点におftる特殊値を得た.これらの結果は全てRiemann g関数の場合も含んだ結果となっている. 最終節では, この&( s) を用いて松岡氏の結果の別証明を与えた. 木論文におftる松岡氏の結果の別証明は, Edwards及びMozcrによる, 松岡氏の結果の特別な場合である, A=0の場合の証明を一般化したものである.

第四章ではz⑶( りの離散的二乗平均値を考察している. 木論文では特に, ZE)( りの零点に亘る離散的二乗平均値を扱う. Conrey-Ghoshの両氏はj = Q, k = lの場合について漸近式を得ている./ = 0 / = 1 の場合と' はすなわち, HardyのZ- 関数の極値に亘る離散的二乗平均値である. その後, Yildirim氏により, ク= 0. k22の場合の漸近式が与えられた.松岡氏の結果から,z(も)(りの零点はkの偶奇によって谷布に偏りがあることが予想されるが, Yildnnn氏が得た漸近式は実際, kの偶奇によって結果が異なっている.これらの結果を背景に,木論文ではより一般の場合に零点の分布に偏りが存在するかを平均値の観点から考察を試み, 一般の非負整数 3 k に対してZ ( め( りの零点に亘るの離散的二乗平均値の漸近式を与える.

第五章ではDirichlet上一関数の一階導関数の離散的平均値に関する結果を与える.Shanksは数値計算による結果を基に,Riemannr関数の零点におftる微分係数は平均的には実かつ正の値となると予想した.この予想に関して藤井氏は実際にその微分係数の平均値を計算し, 漸近式を与えた. この漸近式によってShanksの予想は正しいことが証明された. 更に, 氏の結果は微分係数の虚部は実部に比べて平均的には漸近式の誤差項に含まれる程非常に小さいという事実を示している.氏が考察した平均値及びShanksによる予想は,Riemann く-関数の零点は仝て一位であろう,という一位零点予想と呼ばれる予想とも関連がある. 実際, 氏の結果は,Riemann Q関数は一位の零点を無限に多く持つという事実をも示している. 木論文において筆者は, 藤井氏が考察した平均値をDirichlet上-関数の場合へ拡張する こと を試み, 類似の漸近式を得ている.すなわちShanksの予想は Dirichletレ関数へ拡張しても成り立つことが示された. 一方,Dirichletレ関数の場合は Siegelの零点が存在すれば漸近式の主要項に虚部の項が現れる,Dirichletレ関数に対するRiemann予想を仮定してもRiemann関数の場合ほど評価の良い誤差項が得られない,などのDirichlet厶関数に特有の現象がみられることが明らかになった.

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