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定理已证明

ζ(s) 的欧拉乘积公式

命题陈述

当 Re(s)>1\mathrm{Re}(s)>1 时,黎曼 zeta 函数满足 ζ(s)=∑n=1∞1ns=∏p11−p−s\zeta(s)=\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n^s} = \prod_p \frac{1}{1-p^{-s}},乘积取遍所有素数 pp。

为什么成立?

由于每个正整数都能唯一分解为素因子之积,对所有 nn 求和 1/ns1/n^s,等价于对每个素数独立地选择它在 nn 中出现的次数——这正是几何级数 ∑k≥0p−ks=(1−p−s)−1\sum_{k\ge0} p^{-ks} = (1-p^{-s})^{-1} 对每个素数所编码的内容。

证明思路

把每个因子 (1−p−s)−1=∑k≥0p−ks(1-p^{-s})^{-1}=\sum_{k\ge0}p^{-ks} 展开为几何级数(在 Re(s)>1\mathrm{Re}(s)>1 时成立)。对所有素数 p≤Np\le N 的这些级数相乘,并利用唯一分解性,每个整数 n≤Nn\le N 在展开式中恰好以 n−sn^{-s} 项出现一次;其余项(来自含 >N>N 的素因子的整数,或超过 NN 的乘积)构成一个当 N→∞N\to\infty 时消失的尾项,从而得到 ζ(s)=∏p(1−p−s)−1\zeta(s)=\prod_p(1-p^{-s})^{-1}。

提出者

证明者

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分步证明

该定理暂无分步证明。

参考文献

  1. Leonhard Euler (1737). Variae observationes circa series infinitas
  2. Tom M. Apostol (1976). Introduction to Analytic Number Theory · DOI:10.1007/978-1-4757-5579-4