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輸入計算

數學公式

Show calculation steps (1)
  1. Zeta for x <= 1 (functional equation)

    Zeta for x <= 1 (functional equation): 黎曼ζ函數繪圖計算機

    For x less than or equal to 1 (x not 1) the reflection formula is used; the pole at x = 1 gives infinity and negative even integers give 0.

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結果

Riemann zeta at first x = -14
0
ζ(x) − 1 = -1
x ζ(x) ζ(x) − 1
-14 0 -1
-13.9 -0.0267245 -1.0267245
-13.8 -0.04860542 -1.04860542
-13.7 -0.06579272 -1.06579272
-13.6 -0.07853882 -1.07853882
-13.5 -0.08717526 -1.08717526
-13.4 -0.0920913 -1.0920913
-13.3 -0.09371454 -1.09371454
-13.2 -0.09249371 -1.09249371
-13.1 -0.08888379 -1.08888379
-13 -0.08333333 -1.08333333
-12.9 -0.07627399 -1.07627399
-12.8 -0.06811217 -1.06811217
-12.7 -0.05922263 -1.05922263
-12.6 -0.04994383 -1.04994383
-12.5 -0.04057497 -1.04057497
-12.4 -0.03137436 -1.03137436
-12.3 -0.02255915 -1.02255915
-12.2 -0.01430597 -1.01430597
-12.1 -0.00675256 -1.00675256
-12 0 -1
-11.9 0.00588448 -0.99411552
-11.8 0.01086429 -0.98913571
-11.7 0.0149301 -0.9850699
-11.6 0.0180962 -0.9819038
-11.5 0.02039698 -0.97960302
-11.4 0.02188329 -0.97811671
-11.3 0.02261909 -0.97738091
-11.2 0.02267817 -0.97732183
-11.1 0.02214117 -0.97785883
-11 0.0210928 -0.9789072
-10.9 0.01961939 -0.98038061
-10.8 0.01780675 -0.98219325
-10.7 0.01573826 -0.98426174
-10.6 0.01349333 -0.98650667
-10.5 0.01114612 -0.98885388
-10.4 0.00876456 -0.99123544
-10.3 0.00640958 -0.99359042
-10.2 0.00413466 -0.99586534
-10.1 0.0019855 -0.9980145
-10 0 -1
-9.9 -0.00179171 -1.00179171
-9.8 -0.00336698 -1.00336698
-9.7 -0.00471033 -1.00471033
-9.6 -0.00581295 -1.00581295
-9.5 -0.00667217 -1.00667217
-9.4 -0.00729087 -1.00729087
-9.3 -0.00767684 -1.00767684
-9.2 -0.00784209 -1.00784209
-9.1 -0.00780223 -1.00780223
-9 -0.00757576 -1.00757576
-8.9 -0.00718343 -1.00718343
-8.8 -0.00664766 -1.00664766
-8.7 -0.00599187 -1.00599187
-8.6 -0.00524001 -1.00524001
-8.5 -0.00441603 -1.00441603
-8.4 -0.00354343 -1.00354343
-8.3 -0.00264485 -1.00264485
-8.2 -0.00174173 -1.00174173
-8.1 -0.00085404 -1.00085404
-8 0 -1
-7.9 0.00080409 -0.99919591
-7.8 0.001544 -0.998456
-7.7 0.00220766 -0.99779234
-7.6 0.00278521 -0.99721479
-7.5 0.00326904 -0.99673096
-7.4 0.00365373 -0.99634627
-7.3 0.00393604 -0.99606396
-7.2 0.00411479 -0.99588521
-7.1 0.00419079 -0.99580921
-7 0.00416667 -0.99583333
-6.9 0.00404677 -0.99595323
-6.8 0.003837 -0.996163
-6.7 0.0035446 -0.9964554
-6.6 0.00317803 -0.99682197
-6.5 0.00274677 -0.99725323
-6.4 0.00226113 -0.99773887
-6.3 0.00173207 -0.99826793
-6.2 0.00117102 -0.99882898
-6.1 0.00058972 -0.99941028
-6 0 -1
-5.9 -0.00058632 -1.00058632
-5.8 -0.00115764 -1.00115764
-5.7 -0.00170268 -1.00170268
-5.6 -0.00221068 -1.00221068
-5.5 -0.00267146 -1.00267146
-5.4 -0.00307559 -1.00307559
-5.3 -0.00341446 -1.00341446
-5.2 -0.00368044 -1.00368044
-5.1 -0.00386688 -1.00386688
-5 -0.00396825 -1.00396825
-4.9 -0.00398023 -1.00398023
-4.8 -0.00389969 -1.00389969
-4.7 -0.00372483 -1.00372483
-4.6 -0.00345518 -1.00345518
-4.5 -0.00309167 -1.00309167
-4.4 -0.00263663 -1.00263663
-4.3 -0.00209389 -1.00209389
-4.2 -0.00146872 -1.00146872
-4.1 -0.00076797 -1.00076797
-4 0 -1
-3.9 0.0008252 -0.9991748
-3.8 0.00169605 -0.99830395
-3.7 0.00259925 -0.99740075
-3.6 0.00351984 -0.99648016
-3.5 0.00444101 -0.99555899
-3.4 0.00534415 -0.99465585
-3.3 0.00620868 -0.99379132
-3.2 0.00701197 -0.99298803
-3.1 0.00772923 -0.99227077
-3 0.00833333 -0.99166667
-2.9 0.00879463 -0.99120537
-2.8 0.00908073 -0.99091927
-2.7 0.00915625 -0.99084375
-2.6 0.00898246 -0.99101754
-2.5 0.00851693 -0.99148307
-2.4 0.00771302 -0.99228698
-2.3 0.00651938 -0.99348062
-2.2 0.00487921 -0.99512079
-2.1 0.0027295 -0.9972705
-2 0 -1
-1.9 -0.00338796 -1.00338796
-1.8 -0.00752293 -1.00752293
-1.7 -0.01250521 -1.01250521
-1.6 -0.01844899 -1.01844899
-1.5 -0.0254852 -1.0254852
-1.4 -0.03376499 -1.03376499
-1.3 -0.04346408 -1.04346408
-1.2 -0.05478844 -1.05478844
-1.1 -0.06798145 -1.06798145
-1 -0.08333333 -1.08333333

這個計算機的用途

黎曼ζ函數繪圖計算機可在一段 x 範圍內計算實數引數的黎曼ζ函數 zeta(x)。每個點都會同時輸出 zeta(x) 與位移後的 zeta(x) − 1。後者特別實用:當 x 為較大的正數時,zeta(x) 會趨近 1,因此用 zeta(x) − 1 更能清楚看出那條逐漸衰減的尾部。輸出結果是一張數值表,同時也直接作為繪圖所需的資料。

實數 x 的黎曼ζ函數圖像,在 x=1 和 y=1 處有漸近線
實黎曼ζ函數 zeta(x),在 x=1 處有極點,水平漸近線為 y=1。

使用方式

只要輸入三個數值:x 的起始值、每次迭代要加上的增量(步進),以及迭代次數(點數)。計算機會依 x_k = startX + k * stepX(k = 0, 1, …, iterations − 1)產生各點,並在每一點計算 zeta 值。舉例來說,startX = −14、step = 0.1、迭代 131 次,就會讓 x 從 −14 一路掃描到 −1。

公式說明

當 x > 1 時,函數即為收斂的狄利克雷級數,也就是 1/n^x 的總和;本計算機以 Euler–Maclaurin 尾項修正加速計算,因此只需約 20 項即可。當 x 等於或小於 1 時,則改用函數方程式 zeta(x) = 2^x * pi^(x−1) * sin(pi*x/2) * Gamma(1−x) * zeta(1−x),其中 gamma 函數採用 Lanczos 近似法求值。特殊情形:x = 1 為單極點(值為無窮大),而負偶數(−2、−4、−6、…)則是平凡零點。

展示ζ函數在 x 與 1 減 x 之間關於 x 等於二分之一的反射對稱的示意圖
函數方程式將 zeta(x) 與 zeta(1-x) 聯繫起來,關於 x = 1/2 對稱反射。

範例演算

設 startX = 2、step = 1、iterations = 4,各點即為 x = 2, 3, 4, 5。計算結果為 zeta(2) = pi^2/6 = 1.6449340668、zeta(3) = 1.2020569032、zeta(4) = pi^4/90 = 1.0823232337、zeta(5) = 1.0369277551。對應的 zeta(x) − 1 欄則從 0.6449340668 開始,逐漸趨近於 0。

常見問題

zeta(0) 是多少?透過解析延拓可得 zeta(0) = −1/2,因此 zeta(0) − 1 = −3/2。

zeta(−1) 是多少?zeta(−1) = −1/12,這個著名的正則化數值與 1 + 2 + 3 + … 相關。

為什麼圖形在 −2、−4、−6 處恰好降到零?這些是ζ函數的平凡零點,因為此時函數方程式中的 sin(pi*x/2) 會等於零。

最後更新: