المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية


Dedekind Sum  
  
1411   05:44 مساءً   date: 17-8-2020
Author : Apostol, T. M.
Book or Source : Ch. 12 in Introduction to Analytic Number Theory. New York: Springer-Verlag, 1976.
Page and Part : ...


Read More
Date: 9-8-2020 1636
Date: 24-9-2020 505
Date: 16-9-2020 1410

Dedekind Sum

Given relatively prime integers p and q (i.e., (p,q)=1), the Dedekind sum is defined by

 s(p,q)=sum_(i=1)^q((i/q))(((pi)/q)),

(1)

where

 ((x))={x-|_x_|-1/2   x not in Z; 0   x in Z,

(2)

with |_x_| the floor function. ((x)) is an odd function since ((x))=-((-x)) and is periodic with period 1. The Dedekind sum is meaningful even if (p,q)!=1, so the relatively prime restriction is sometimes dropped (Apostol 1997, p. 72). The symbol s(p,q) is sometimes used instead of s(p,a) (Beck 2000).

The Dedekind sum can also be expressed in the form

 s(p,q)=1/(4q)sum_(r=1)^(q-1)cot((pipr)/q)cot((pir)/q).

(3)

If 0<h<k, let r_0r_1, ..., r_(n+1) denote the remainders in the Euclidean algorithm given by

r_0 = k

(4)

r_1 = h

(5)

r_(j+1) = r_(j-1) (mod r_j)

(6)

for 1<=r_(j+1)<r_j and r_(n+1)=1. Then

 s(h,k)=1/(12)sum_(j=1)^(n+1){(-1)^(j+1)(r_j^2+r_(j-1)^2+1)/(r_jr_(j-1))}-((-1)^n+1)/8

(7)

(Apostol 1997, pp. 72-73).

In general, there is no simple formula for closed-form evaluation of s(p,q), but some special cases are

s(1,q) = ((q-1)(q-2))/(12q)

(8)

s(2,q odd) = ((q-1)(q-5))/(24q)

(9)

(Apostol 1997, p. 62). Apostol (1997, p. 73) gives the additional special cases

 12hks(h,k)=(k-1)(k-h^2-1)  for k=1 (mod h)

(10)

 12hks(h,k)=(k-2)[k-1/2(h^2+1)]  for k=2 (mod h)

(11)

 12hks(h,k)=k^2+(h^2-6h+2)k+h^2+1  for k=-1 (mod h)

(12)

 12hks(h,k)=k^2-(h^2-t(r-1)(r-2)h+r^2+1)/rk+h^2+1

(13)

for k=r (mod h) and h=t (mod r), where r>=1 and t=+/-1. Finally,

 12hks(h,k)=k^2-(h^2+4r(t-2)(t+2)h+26)/5k+h^2+1

(14)

for k=5 (mod h) and h=t (mod 5), where t=+/-1 or +/-2.

Dedekind sums obey 2-term

 s(p,q)+s(q,p)=-1/4+1/(12)(p/q+q/p+1/(pq))

(15)

(Dedekind 1953; Rademacher and Grosswald 1972; Pommersheim 1993; Apostol 1997, pp. 62-64) and 3-term

(16)

(Rademacher 1954), reciprocity laws, where ab; and c are pairwise relatively prime, and

(17)

(18)

(19)

(Pommersheim 1993).

6qs(p,q) is an integer (Rademacher and Grosswald 1972, p. 28), and if theta=(3,q), then

 12pqs(p,q)=0 (mod thetap)

(20)

and

 12pqs(q,p)=q^2+1 (mod thetap).

(21)

In addition, s(p,q) satisfies the congruence

 12qs(p,q)=(q-1)(q+2)-4p(q-1)+4sum_(r<q/2)|_(2pr)/q_| (mod 8),

(22)

which, if q is odd, becomes

 12qs(p,q)=q-1+4sum_(r<q/2)|_(2pr)/q_| (mod 8)

(23)

(Apostol 1997, pp. 65-66). If q=3, 5, 7, or 13, let r=24/(q-1), let integers abcd be given with ad-bc=1 such that c=c_1q and c_1>0, and let

 delta={s(a,c)-(a+d)/(12c)}-{s(a,c_1)-(a+d)/(12c_1)}.

(24)

Then rdelta is an even integer (Apostol 1997, pp. 66-69).

Let pquv in N with (p,q)=(u,v)=1 (i.e., are pairwise relatively prime), then the Dedekind sums also satisfy

(25)

where t=pv+qu, and  are any integers such that  (Pommersheim 1993).

If p is prime, then

 (p+1)s(h,k)=s(ph,k)+sum_(m=0)^(p-1)s(h+mk,pk)

(26)

(Dedekind 1953; Apostol 1997, p. 73). Moreover, it has been beautifully generalized by Knopp (1980).


REFERENCES:

Apostol, T. M. "Properties of Dedekind Sums," "The Reciprocity Law for Dedekind Sums," and "Congruence Properties of Dedekind Sums." §3.7-3.9 in Modular Functions and Dirichlet Series in Number Theory, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, pp. 52 and 61-69, 1997.

Apostol, T. M. Ch. 12 in Introduction to Analytic Number Theory. New York: Springer-Verlag, 1976.

Beck, M. "Dedekind Cotangent Sums" 7 Dec 2001. https://arxiv.org/abs/math.NT/0112077.

Dedekind, R. "Erlauterungen zu den Fragmenten, XXVIII." In The Collected Works of Bernhard Riemann. New York: Dover, pp. 466-478, 1953.

Iseki, S. "The Transformation Formula for the Dedekind Modular Function and Related Functional Equations." Duke Math. J. 24, 653-662, 1957.

Knopp, M. I. "Hecke Operators and an Identity for Dedekind Sums." J. Number Th. 12, 2-9, 1980.

Pommersheim, J. "Toric Varieties, Lattice Points, and Dedekind Sums." Math. Ann. 295, 1-24, 1993.

Rademacher, H. "Generalization of the Reciprocity Formula for Dedekind Sums." Duke Math. J. 21, 391-398, 1954.

Rademacher, H. and Grosswald, E. Dedekind Sums. Washington, DC: Math. Assoc. Amer., 1972.

Rademacher, H. and Whiteman, A. L. "Theorems on Dedekind Sums." Amer. J. Math. 63, 377-407, 1941.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.