鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月) 153
DirichletのL関数の
Landau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 Landau‑Page‑Siegel‑「Ihtuzawa'sZeros
of
Dirichlet'sL‑Rlnctions
中嶋眞澄
MasumiNAKAJIMA
Depa花me7ztq/Economics lizte7 α"o〃αIUnifJems"qjK(zgoshim(z
Kqgos/jima891‑0197jJAPAjV e‑mail:[email protected],jp
概要
Abstract
WestudyhereexceptionalrealzerosofDirichlet'sLRfilnctions Keywords;thezerosofDirichlet'sLfUnctions.
MathematicsSubjectClassification2010; 11M06,11M26
L(s,x),(s="+it)をDirichlet指標x(")付きのDirichletのL関数 とする。又,β=β+ でL(s,x)の非自明な零点non‑trivialzeroを表わ すことにする。又. r(Mノ)はEulerのgamma関数である。
法mod9≧2のDirichlet指標characterX(n) :N→{zEcl lzl=1}を
|沖i胤守
x(")=
l54鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
と定義し,且つ完全乗法的:
x(nm)=x(7z)x(m)fbrv71,mEN.
とする。これをX(")mod9又はXmod9と表わす。
又.
"。("'‑{;I糊重り
なるXo(n)modqを単位指標又は,主指標principalcharacterと云っ て法modqの指標群の中で単位元の役割をする。叉はXの逆元である。
X(n)mod9は周期9を持つが.その最小周期9*をXmod9の導手con‐
ductorと云う。当然ながら9。│9である。9*==9のときXmod9を原始指 標primitivecharacterと云ってXをX、と記す。
二つの指標X1(")mod91,X2(")mod92から乗法により
X(n) :=X,(")X2(")mod{91,92}({91,92}は91,92の最小公倍数leastcom‑
monmultiple)が作られるが, このことをX(wD)mod{9192}は X1(")mod91,X2(iz)mod92から生成induceされたと云う。
次の基本的性質がある:
各法mod9に対して甲(9)個の相異なる指標があり,次を満たす:
̲Lヱヌ,("M"'‑{;; │:"
"(9),'ff,9
""z。''‑{"(")│n.d:I IM=…d9)<P(9)xfi, 0, (m姜冗mod9) ここに?(9)はEulerの関数である。
更にXmod9に対して,その導手がq掌である場合,原始指標X。mod9。
が存在して
X=XoX*withXomod9
である。このときX*をxの原始指標と云う。
Xomod9に対して
L(。。x・'‑:(。)g('‑;),
このときL(s,xO)の<(s)以外の零点は
.=2漏倫(nEz,pl9)で。==0の直線上に並緩。
ここにく(s)はRiemannのZeta関数である。
中嶋眞澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 155
X≠Xomod9に対して
LM=LMM!('‑LP)
=L(s'x*)pl9,黒馴鯲('‑"),
このときL(s,x)のL(s,x*)以外の零点は
s‑'A+2'rifi("・(p)=pi8',nEZ,pl9,notpl9。)で
やはりグー0の直線上に並ぶ。
L(s,x)はo>0で正則,L(1,x)≠0.
又, x(n)ERfbrvnENであるときXを実指標realcharacter,そうで ないときXを複素指標complexcharacterと呼ぶ。
次の定理を証明する:
主定理1 meZを一つ固定し,q"=m+;とする。また,以下のび も次の条件を満たすものを一つ固定6xedする。 ;<o<', ">'は十
分大きい自然数とする。又,C̲,<t<qとする。
単位指標でない実原始指標泥αI泥07D‑prj7zc αIα冗dp"m""eXmod9≧2 を一つ固定して, L(s,x)の非自明な零点nO7z‑t7ffjjαノzem:po="+"o ('yo=0も含めるmcl"dj"9)を,
pb=max{@>;',‑6+",L(,,x)=0:Q,<7<cb}
で定義する。従って,領域{ =伽十"│4<u,c‑,<"<q}は非零 領域ze『℃伽e7E9io伽となる。
β+, β‑,β+〉;,β‑〉;,γ+,γ‑,Ur,町,Ub, IG+, 1/r>0
を次で定義する。
IIT拘くく和7
00
一 一
一一jjXXpβ/ILL
1−21−2
ンン
︒〃︒〃
γγ1JO+0◆打qcの写一一β一βj刈二1−−拘︐pHβ一十I一lいγいγ伽仏川必叫121+・皿−1+7n7n和6m巫四■の〃砂十一一.+一一.刊州
I++一一・1ハβγハβ7m一一一一一一
十吋ββ
156鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
町:‑""{"4‑,‑):c‑,}
Ub :=;min{IUr‑*T‑,・'}
Ir:= 'yo+Ub I/Ir :=′γ0‑Ub
p0の左側:Sp='yo,L(p,x)=0なる零点βを右から順番に p, :=6,+j'γ0,p2 :=62+i'yo, ・ ・ ・
(;〈 <62<6,</1),L(/'j,x)=0、spi='γ0, j=1,2,…)
とする(p,,"2,・・ ・が存在しない場合もある。このときはβ!=;とする。
)。
注{uj=u+"│ ;<",町≦U≦〔ノr, t'≠γ0}は非零領域ze,り伽e
7 0〃である。
o, s, ノ' :=zh(。一助), t,Y>1、 6>1を
{,鑪伽鐺, =いル}
0<グーβb<mill
′γ0−ノ'≦t≦'γ0+h
(これより,
1 1 1 1
一一jp
S
く一
<
d一助
IT千 斎(。‑Bb) (ぴ一助)2+(t一'γ0)2 一
。‑,。=("‑4)手ホ(t‑'yo)=(o‑")(1十dO(圭)) ),
,黒,麦, (,誤伽) /o'・Vp= γ
(βはp0以外のL(s,x)の非自明な零点non‑trivialzero) となるように選ぶ(これは明らかに可能である。 )と,
{'宰宇,*)}
1
̲<Inax
ぴ一β0−
となる。
従って. この結論は定理の仮定(*)と矛盾し・伽は, もはやL(s,x)の非 自明な零点non‑trivialzeroではあり得ない。
中嶋興澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 157
主定理2X≠Xoを実指標rcalcharacterとするとき, L(s,x)の実例外 零点realexceptiollalzeros即ちLandau‑Page‑Siegel‑龍沢Tatllzawa零点 zerosは存在しない。
主定理1を証明するには次の幾つかの補題を必要とする。
補題1 (H61derの不等式の系)
">1,">0, IA,A+"1で可積分な関数/(t)に対して,
部卿川""≦ぱ卿'川璽"
削兼淵川 '""≦俶卿Ⅲ"l '""
が成立する。
証明
(1/2")+(1/")=1となる〃をえらぶ。H61derの不等式より
甜樵"│/(t)│!'鯉dt
≦邪手繍'川 州'}{'"{r"'""}@"
〃w赤仙" {〃'川"} 順"卿'〃
‐{削綱'川"} '
を得る。後半については同様にして
削報'刈り"伽
≦細柳川 '…"}'''"{だ報'腿"}
〃仙赤 伽{"卿川鋤}'"""'"
1==
‐{部卿川 } '
□
158鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
補題2">1,m=0,1,2,…とする。
m=0のとき
=+,+ 1 、
施=l犯ぴ ぴ−1 m=1,2,…のとき
薑喫近く"!(古)蠅'{古手:(旱)"}
<m!(*)'峠! (asm→oo)
が成立する。
証明先ずm=1,2,…のときを考える。
/(zノ) :=y‑。(logl/)mとおくと/'(l/)="‑。‑'(logZノ)m‑'{m−ぴlog"}であ るから, ノ'(抑)=0となるのは, I/O=exp(f)のときのみである。従って /(y)の増減を考えると
量(1.¥z= !、!"fz等(l・課lg+=('o¥)"
加=, 。 fZ no "=imi+[ "。
〈↓"'山睾迦"令(1.課)"手塩弩:哩側
〈1鍾些娑匹"手(1.課)
="!(古)職峠'$M)"
≦"!(古)'峠 ÷(≦締,。
="!(志)『 '半|+(器)
≦ !(古)耐!+"!:(:)
="!(古)"{六十:(早)剛 }
但し。 ltlは実数tの整数部分を表わす。又,
(警)"<響
中嶋興澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑随沢零点 159
を使った。
m==0のときは
呈上くⅢ+1..差"=[十一=1犯・ o−11 となり,補題は証明された。□
補題3(Montgomery‑Vaughanの定理, │301の2nded.) α EC,AER,H>0,Y>1,o>;とする。このとき
r、"'三 職獅‑‑"Z'。,'‑o(Z'"") 僻'蚤""‑.‑',''d#="Z'""'2" '"+o(yZ'。"'," z.)
が成立する。ここに,最初の式tノle/irstequα"0 αbofjeに於ける
00 0.
Zα池"‑"‑",EI""│2"'‑2。
、=1 抑=1
は収束すると仮定し,Oは絶対定数を持つBachmann‑Landauのラージ・
オウ記号I211である。
補題4 (li, ci=ci(")EC, /i(!ノ)→0as〃→", (j=0,1,…,n)とす る。又, laol>lail (i=1,2,…,n) , IQ│'〃→1(j=0,1,2,…,泥)as〃→
OO7 CO≠0とする。このとき
、
"IEci(")('+A("))"。『│'/I'=jgglail=│Q01i=0
が成立する。
証明Inaxi=1,2,…,,, │Qi/(mol=1/r(r>1)とおく。
誉鵲→】。 '蝋' ''→】",→。。,い,2,‑,職)
また, 況が有限611iteであるので,VE>0に対してヨ,ノbが存在して,
c}/" '+/i(")
<1+E (j=1,2,…,n)/orv">"o
−ウ
c;/" '+/b(")
160鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
となるが, ここでfを十分小さく選び
1+E 1
−=:万くlr
とする。
詑
IEci(")('+JI("))"α:1'/"
i=0
‐ '"' "'",''」寺川' │'"(HS)"(Z)"│」"
= │(UI'/"IQolll十M│"羊菫。((L)"
= '"''"'。。''」+ハル)' │'+o(*)││"
= │"l'/"│Qolll≠川│{!≠。(*)}蝉引
→ │。01 (qs〃→oo) となって補題は証明された。□
補題5 111, 121, 131, 141, 151, 161, 171, 181, 191, 1111, I121, {131, {141, {211, 1231, 1271, 1311
'・gn"+」'=、={'・gi」‑awMF;J}'m=1
f(s+')=:"(s+')='(s)+;
下(s+')=: (s+')=妙(s)+1行
=‑h。+={z4−, ̲(̲")+向}
=!。割。川‑壺万牛o(dF)
Xmod9の導手を9*,Xの原始指標をX*mod9索として
"=;(、'}, '={;:":i,x"単蝿
d:=#{";I)rime l l'│9,x*(p)=1}と定義すると
, ( ̲リ 鞭・浦写(1−;) 高,s側 L(s,x)=
(1) (2)
(3)
中嶋眞澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑髄沢零点 161
これを対数微分して
(4! ‑=M=
1+
八y X1β1丁
■ の 口
ー+一一と1|部十β癖十︑1ノ pllpハβなn.剖吻な1−p +︑11ノ〃!+︑11ノ
Xるら
Epllpj の1−βI1+︑IIJノ翼J1 画でS
部
− 2
β・岬0β
佶傭︑︲〃〃11 8ノーI︑1/11︑一十1−始1l
−
Zps/11︑
Ep㎡/卜いβまFlr︑−ノlEp郷1坊Z︐︑lノlEp昨き I磁一〃
部−2苅一2−〃Iとαpp+2血2一で11の︑111ノ+一︑jyl−s|︑−ノ標jy1標/I︑帥指s〃ノーI︑lu勺1″α1動β池指2立/11︑lF−rl++1〃lFlrl毛と卜u卿始12sll2卜測E似る1−2S+ン鵬原十稚で+す
+++
の卿︑が9*のiJlBBBBfXるα︑叫分二十十2苅一2〃一微功︑jrw八割6両1砕州恥恥︑−j︑4〃1詐恥塗循卜︑α1勤〆州b二一伽沁卜Ⅲ両Ⅱ監卜q0llFlrⅡ+イ掴〃︒〃姉 6X||ハノ勺12S++s¥ナ6X+問亘︲誹瞭年細嶋嶋烈駕争召巷誹蛎堂州一一一一一M弧特一一一一一一一一一一こi|(5)
162鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
1+
しj1β
1+S〃ノー︑︐刑EpS一I1+
〃111+α
〃161勺−〃60
ワ一
sII+〃いd0a1+誹函E国保6
一一
冒再T+
:== I■■■■
(s‑1)"+】
○○ 1 1
‑Zi(s‑(‑2#‑。))',"‑¥(s‑;),"
whereB:=B(X),呪β>0, p=p(x)=6+"=6(x)+"(x), and')OistheEulerconstant.
特にX=X*,即ちxが原始指標のときはd=0となるので (‑1)I'+'L'
〃F(s,x。)(")=
(か(.̲;)峠r)E(‑¥│*:(¥)‑¥(。̲:,"1
=6
(か( ̲;)吟 ) ,計:,…
=6
OC 1 1
‑Z(s‑(‑2h‑"))"f│‑¥(s‑b)"!
(赤寺(.̲;)峠 )
=6
一言( ̲(̲差̲ ),峠,‑零(。̲:)…
更にX*≠Xo,即ちx.が単位指標でない原始指標ならば 加えて6=0となるので
(‑1)!'+'L'
/=(s,x")(")=
;(‑芋'器(半)‑亭(。̲;,職
==
1
1+
1〃+1Jし−pjlp
SiにEpEp−
1+1〃+Ⅶ″
〃Qjj
α一勺1n2−勺1仰
121+
〃11ノfI1aSI+
|に壷罫函督
一一一一
中嶋眞澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 163
(〃=1,2,…)
(6)関数等式/tmction(zIequa伽、
‑=('‑。,x)、。g¥‑;"';(。‑。)+:(')十号剛L′
但し, 70はEulerの定数である。
補題6( I211補題6.9系の一般化)x≠Xomod9 :p"m就加e,o>0, s≠β,‑(2n+Q) (n=0,1,2,…)として,
(‑1)m'+'L'L̲、(',, x‑、 1
〃F3(。:x)")=‑,LR│(s̲;)"!+O(log29(Ii│+2))+
"{(毒弄)畷}
=‑,fR,F圭7両手O(log29(ltl+2))+
+o{#}
(〃=0,1,2,…)
証明補題5,(5)より (‑1)I'+'L'
〃1 万(',x)"‑‑Z(,、̲2:̲.M‑¥(。̲;,"
上記第1項は, o>0であるから, │s‑(‑2n−α)│‑"‑1は兜について単調
減少である。従って
Z,,、̲2:̲。),峠r<A.。 ,s+2g。,"!1
=;A・。,。+鼻,,鯵帯 =;4.。((…),寺2,(…)+,,+1,.〃
=;│Iご.' (露,̲(…:…│2)("+')/2+
・願., (鱈,̲(…),寺,…,鰯艸璽}。〃
〈訓1瞳.' (,…仙叫,,手に仙蜑,順ldz
((O+Q)2+2I/(o+Q)+y2+t2)("+1)/2
"・I竿髻>(│#│+M)b鼠。,竿髻
弓マ⑦IFI#│
・蜜
41・g=1号雷のc=⑦I<'1'?【ラ'1│言1蛾。平c・叫畢』露騨⑦認 1.コ
ン夢一一一ン一一一一醤国都胃揮冨函置昌喜謝芝 7江u秘斌十r斗宝︑jll111
他嘩亘|詐宝斗宝脾⑲叩︐b毎c1JシLFD#+ン7︒祉Qp11Ol0八111Jノ八111Jノヱpgl
lI恥I︐非 #41十十抑慨心f11︲んIHM+寺−4媚Z︐︐
斗函
十叶叫十fl耐TLu毒し十rllご一−皿マー1J奉宝価slOI︹万十JJ函宝ン︒l与心7zuン4ン付b十丁&711
一重
1
1I
1 7 +/Jlll︑1 2LI
珂十I
:?‑F、叫暹畢甑乙窮⑦言
!*"Ig‑'' │r'!+型二皇l│z'' "‑1 1 ÷fzai1
:?41.9言1畦⑦cZ孝呼。 手Iユ、ヘ・言1通Z影
0<・ ・ノ竿ラ (識半角参
If+W‑II"f If+鰐‑[ '芋。'f
│寧等{(…)‑',寺。'}職"'…'I l:
(g6"610Z)"Z窮鼎09鱒訴騨製勢智噺瑚し91
中嶋眞澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 165
‐ 1.99二赤噌鶚
<log9<log9(ltl+2)<log29(ltl+2).
│tl>1のとき
薑赤'og9("+''')<g!FET1.92艸焉,Ftr'og2'"<
<log291tl+1・g2'Zi,赤十Z皿,ai,""+
<1o9291tl÷'・g29庶鼻牛庶鶚李
=,。9291tl+"¥+W+=+F
"ltl〃 〃ltl〃 〃21tl"
<log29(│tl+2) (as〃→oo).
ltl≦1とltl>1,いずれの場合も
,!R│"峠! 〈茎志log9(卿幸│tl)
<log29(ltl+2) (as〃→oo).
以上より
(−1)し+1L' ○○ 1 1
〃f(s'x)("‑‑a(s‑(‑2h‑。))" 」‑¥(:5"
‑o(#)‑,LRFF1 ‑,ZR」 I$‑h"│1
1 ‑,'ZRFi峠r+o(#)1
=‑,,R!F=W峠
=‑,'R!Fh峠T+O(l.g29(│州十o(#)1
となり,補題は証明された。□
補題7 1111
ノv(T,x) :=M{"=6+j'y lL(p,x)=L(6+i'y,x)=0, 0≦β<1, 0<
7≦T}とすると,
N(T,x)一N(T‑1,X)<c'(X)log9(T+2),
166鹿児島経済論集第"巻第2号(2019年9月)
ノV(T,x)−ノV(T‑2,X)<c'(X)log9(T+2).
d(x)はxに依存する定数const(mtdepend"90"Xである。
補題8m=6,7,…,〃=0,1,2,…に対して,m‑1<Zn≦mなるZn が存在して
尚│:( 噸'{鋤'零伽1.菖,伽州…
<{c(X)log9(m+2)+2}"+2
/oTぴ≧−2m‑1
ここでc(x)はXに依存する定数constantdependingo"X, を満たす。
証明虚軸方向の区間(i(m‑1), imlを, 〔ノ(X)log9(Zn+2)+1等分す ると.補題7により, c'(X)log9(TW"+2)+1個に分割された小区間には.
L(s,x)の零点Zeroを含まないものが少なくとも1個ある。この小区間の 虚軸方向の2等分点をiZnとして,補題6を使うと
(‑1)1'+'L'
;Ff(。+"",x)(")
1
〈 ,属,≦ '(。‑β)+帆 −1),,,制+O(log9(Z"+2))
1
〈 ,鱒三,≦ハーγFT+O(log9(Z"+2))
〈1鵡三,≦│{J(d(x),。g9(Z"+2)+,)‑'r‑'+O(!.g9(Z,,+2))
<Z{2cl(X)log9個恥+2)+2}"+'+O(log9(Z,&+2))
|弧施−7│≦1
<c'(X)log9(TW"+2){2cノ(X)log9(Tht+2)+2}"+'+O(log9(Z,、2))
<{c(X)log9(Z"+2)+2}"+2 fijit/lc(X) :=2c'(X)
<{c(X)log9(m+2)+2}I'+2/orぴ≧−2m‑1 ((ms〃→oo)
となり補題は証明された。□
中嶋興澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 167
補題9 sをL(s,x)の正則点として. sに一番近いL(s,x)の 点は1つとして。それをp0とする。そして│s‑pol<Is‑(‑27 0,1,2,…), │s一β01<o≦│sl, │s‑伽│<1とする。このとき
(‑1)"+'L',̲̲、(") 1+o(1)
;fr(s,x)("=‑(s−β0)l'+!
証明補題6, ls一βol<oより
., Sに一番近いL(s,x)の非自明な零 そして│s‑pol<Is‑(‑2施一α)│ (n=
|判1Jしし︑IJMノーpX一sSIIUlL型紅Z制
しt︑BHU〃〃■■■VeO■■8勺1〃|卜一一
+O(log29(ltl+2))+
+o{#}
1 +0{麦}‐
一一 一
(s一β0)!'+!
1
−"美品,≦!(感‑〃 +O(log29(' '十2))
。TI。̲;.N。‑=)峠L}‑1
==
( ‑〃 ,;,ふ,薑 晨三鶚L+O(,。g29(,t,ナ2))1
(。̲")峠!寺( ̲:.)蹄1°(1)‐1 1
(蕊‑,.1峠'",蓋晶,≦,o(1)+O(log29(ltl+2))
1+o(1)
一一
q■■■■
(s−p0)''+'
(。̲:.)峠ro(l・gqt)+O(log29(Itl+2))
1+o(1)
(。̲")卿 ( ̲;.)峠To(log9t)+
w。̲:.,鰯帯』o((s‑,。)!'+'1・g29(I'│+2))
1+o(1)
一
一一
(s−β0)''+]
(。̲;"割。(log90+ 1 o(log29(ltl+2))
一
(s一伽)"+】
168鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
1+o(log29(Itl+2))
一
一 一
(s−β0)"+]
1+o(1)
(s‑po)"+】 as〃→ooD
==−
補題10 {11, I61, 191, 1111, 1131, 1211, 1271 c>0,Y>0に対して
夫臓峯"‑{'・爵K隅)≦ )
補題11( I241の改変)
c>0,X,Y>1に対して
("≦x")
(x"≦ ≦(xY)") ((XY)"≦7') 1 ,
(筈)≦1,
"V'og
O ,
L/c+'"x:(X"‑')d"=ル":¥"
27Ti
証明補題10を使えば良い。□
補題12
実数上有界な台IB,Clを持つ複素数値関数川)=ハ(U)+fjh(U), (/,(U) :=
町(ひ),九(,ノ) :=s/(U))のFburier変換:
鷹/(u)exp("お)伽…(α)
は〃の実解析的関数realanalyticfUnctionである。更に〃をz="+il/
に拡張した
鷹/(0)exp(it)z)(I'ノ …(6) F(z) :=
はZ="+〃の複素解析的関数complexanalyticfUnctionである。
注この補題は、ある意味,弱い意味でPaley‑Wienerの定理の逆となっ
ている。
証明複素解析的ならば実解析的であるから,後者を証明すれば良い。
F(z)=F("+iy)=FI(z)+iFh(z)=FI("+fy)+"("+fy)
中嶋眞澄:Dirichl、のL関数のLandau‑Page‑Siegel龍沢零点 169
と置いて実数値関数届(z),Fh(z)がCauchy‑Riemannの方程式を満たし
ていることを以下に示す。
鷹帥)exp("z)d"=だ川exp(i"z)d",
ノ(")exp("z)={/,(")+i/、0)}exp("("+")1=
={ハ(")+ij、u)}e‑u"{cos("")+isin("")}
={/,('ノ)cos(りお)−ん(")sin(")}e‑"y+i{ハ(")sin("")+j、U)cos(")}e ""
であり, この場合積分と偏微分の交換が可能であることから
墾=‑瘤,{ハ(ij)sin("")+/b(")cos(")}e "d",ar 等=造。{ハ(U)c・患("")‑/、t,)sin("")}e‑""d", 処=‑暦 {ハ(tj)cos(u")‑/h(u)sin(州e t'"dU,alノ
坐=‑踵妙{ハ(")sin("")+jb(")cos(")}e "yd"al/
となり(勿論これらの積分が存在する場合を考えている), これより
an 6通 a" ay' aFi a&
a〃 a砥
が従う。これはCauchy‑Riemannの方程式である。□
主定理1の証明
以降, o(.),O(.),<,〜等の記号は〃→+oOのときを考えている。
s=o+jt, ;<o<',"EN, '<",X,Y>', 6>'として次の積分
を考える:
4=壷1鷲(一等¥(。+;,x)"x¥")d"w21OgY
(;<・<1,"= +#")
170鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
ここで後にx‑ 、w)<=x, 6>! {29}とする。6は後に決め
る。
補題11を使うと, この積分Ii,は
ん=鐺ハ(")x(¥('og")"完A鷲x鶚テllF篭γ 尚"臺罵)""吹"・訓.
1== α7
|歳崎I I Ⅷ
ノle7.eα :=
・ ・ ・ (1)
となる。ここで, A(n)はvonMangoldt関数即ち.
ハ(")‑{1.g:l蹴潤"職"…ands…ENのとき (‑')"":(s,x)("'‑二A(")x(¥('og"1" (・>1)
である。
ここで積分路を次のL=L1+L2+Z,3+L4+L5に移す。積分路Lは次 の通りである:A>1として
11卜t1トリーり咋刈い︑
〃g■■︑︑●ゆり︸しグ〃ロ・■Ⅱ凪︑︑1日11胡乢ル+・・極比一十A++
恥州朏斗伽伽
識十一町吋呼鍵・呼州側側捌十一十AA〃1〃″一一LIIlIlll一一一一一一一一一一一一12345LLLLLL
留数定理により,
ルー鱈{上芋号(s+:,x)(")響歸}+
中嶋興澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 171
+余A…半""・噌里号(汁:,x)("z鵲テlldu,
(‑1)"+'L'
〃ff(s,x)(")+
二=三
÷夫A,"……"(‑M"¥(。寺:,x)(")X鵲テild"
(芸器,≠
*制… …男里号(s+:,x)(")K鵲テlldu,
…(2)
を得る。ここで,補題9を使った。また, 〃>'であるので?(s+:)の
特異点uノー〃(β一s)は況"(β一s)<‑Aとなり.積分路z'の定義により 積分路Lの右側に特異点uノー〃(β−s)は存在しない。uノー〃(4−s)=
"(4−ぴ)一j"t, 0<4<1については一"t<"(町一t)より積分路L2 の下,積分路L1の左にある。
次に(2)の5つの積分を上から評価する。
積分路Ll上では
瓢,鵯里:( ナ ,x)(")X鵜テlldi"
章j室崎 '米(…4、
ノー1
1−263
ぴ2flU2p
Ue
加 一 叫 蜘 一 叫 四
X群吻却Y一ぴd″勺1/j11︑四冊︽1F③y〃j沌
諏一o 質︶1+︑uljノ︾︑11ノ+2禁筈eey鴫卸Ⅵ〃1.1ハリ/11︑+ 勺1−ぴ2くA皿加叩い︑hllJノレレ函E嘗Z控糾糾咄〃︐|・1J
/wベ湿一ぴ
し〃池rノし〃jljy1y筈y狐刀極試〃XX〃XiXI11くくく一一一一くく
(3)
172鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
となる。ここで補題2を使った。
積分路L5上でも同様に ◎
乱。(一等 :( ÷:,x)(")z雑テlldu,
<(¥)‑(;",,(s=F')"‑(''
積分路L2上では
凱・(一等1号(、手芸x)(")X鵲テリd"
奪志蝋冤‑ '尚'号(…'9、ir‑"#
×,"鰐 ),,
〈志1洲:(・手;手iい)い'│ ,"(鰐Ⅱ。
奪鶚ルー 川;雑 鱗
(Ig;S)'
〈響仏+崎か <(筈)= 恥 .(4)
ここでは[ノゥ、の定義を使った。積分路L4上でも同様に
圭A,(一等 :( 十:'x)("x"(y蝉 ')f"2109Y
("a)"
(y学'
〈(筈)"= …(4'
次に残りの積分路L3上の積分について考える。B>1として積分路L3 を3つ:
L3,, :=1‑A+i"(町一t),‑A‑iB}, L3,2 :=I‑A‑iB,‑A+iBI, L3,3:=!‑A+jB,‑A+i"(叩一t)1,
0<;‑…n(:)<。"( 4恥)…霞※
中嶋眞澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 173
そのAの値に対してBを定 に分けて評価するcAの値は後に決めるが,そのAの値に対してB;
める。
さて
( ‑,,十二芋型)峠
を考える。
仮定しているS−p0=(。−βb)('+io("))を使い〃>1を考えると
‐竿") '十
{(綴‑,.+ }
‐竿"}鯵等!
={(。‑6b)+o(;5)+
{(。‑6b)+‑A;j'}峠
〜
〃+1
(崎鵠)
=(グー比)"+
11+
〃1く1−峠11$1J
渕坐
lrjllく一
Uは
exp(号等)
=(1+。('')。、"(‑'F:FM)
であり '1ノ│≧Bのときは,
|叶宏烏│ 幟
一("+1)
"「芸恥,│ ("@' 半裂響鶉)}
‐層"(古)│'+ "(・些飾)「i鍔
≦。"(古)
174鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
である。これらの準備を基にL3,3,L3,2,L3,1上の積分を評価して行く。先 ずL3,3から始める。
112︑11ノリBlAY伽十︑﹄/I︑︑11ノ嚥儘 g224狐U池YUhd昭矧刈/Y0I伽坪吻Al
一︾一︾︾︾︾︾ U−2
Aij
l2
一心1内助酬いj蝿1吋j乱j剛D洲割 ?︒Ⅱ加一〃叶十ハリ
ー i
UlL川11州11一十叩伽叩伽叩伽叩即刊栽X
|拠峠畔絢︲ド御化M叶卜叶い峠附叶ルー肺① 1+し11鯛噸梛I負I勿湫I加蔬命←蛇←唾︲麗一訪翫一翫翫断l i
334
m﹂恥︲1↑翫1↑翫1↑翫1↑認1一転く一く一一一一く一一
(ぴ一βb)''+127rAlogY
・ ・(5)
ここでuノEL3,3であるから, 秘=一A+ftj=‑A+j"("−t), B≦U≦〃(附一t)より
w̲̲ , :」 ' ‑‑A+i"(〃−t)
s+‑="+"+
〃 〃
= (。‑#)+', (号+'≦,≦恥
中嶋填澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 175
従って, β≠β0なるβに対してmEL3,3であるとき
|・半 ー,│>│汁:‑'。|
となるので補題9を使ったことに注意すべきである。
L3、,上での積分も同様に
│*A"(‑¥:(。f,xIM鵲予u""│
≦去疏鳥̲削lI‑等'号( 令:洲'│ ,蒜器
<。,r芸器F",(r4n)¥、F=a)
1+o(1) X‑A (グー助)"+'2汀AlogY
. 。(5')
となる。
最後にL3,2上の積分を考える:
*A、"(‑¥':(。+:x)("'if鵲予LldiU
について詳述する
│U│≦Bのとき,
jl+
〃くI
袖 戸
恥 1
1−
exp(号署)
‑(」*。''''e、n)。",(‑'sFM)
であるが, これを詳しく述べると,f主鈴<1であるので
{」÷満;}‑幟.
={叶え鵠} e+'・圏(!令宏烏)1
176鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
{叶宏昂}言 ×
I(‑"{蓋鶚;(蒄瑞)'¥}l
Xexp
{ 蒔き針 ×
{識」≠士(識)" ,;,(識) ≠
XeXp
{叶;淵} 鱈"( 4か,(‑'歳ェ)
|士(")'‑*(")、"1
Xexp
{叶満;}二 値"("4鰯)。"(‑,歳×)
|;{;(淵)。 金(淵),¥…}l
XeXp
("4駒)瞳"(‑畷古)×
{'+o(;)}ex, {叶o(;)}
×
{"o(;)}。x,)(。4n)。xp(‑'Ffm;)
(。4偽)瞳"(‑ 南)
=(1+o(1))exp
I
である。このことを使って
壷A柵"鶚型:(,+:,x)("''i幾予11du,
(一等 筈( + ルx)(")X=…(Y‑A+i""21OgY 1+O(1) X‑A+ju(Y‑A+釦−1)di"
鰯鰯
1|獅引一蔀1|恥
一一一一一一 -1)di')
(s+デーβ0)''+] Uノ21ogY 1+O(1) X‑A+"(1‑Y‑A+it')d"
鹿 (s‑p。+二芋些)"" (̲A+")210gY
中嶋填澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel龍沢零点 177
底 十。(1) )"+' (‑A+")2'ogYx ""(' Y …) 。
1
(,+両鵠) (‑A+")2'ogy
27Tj (グー助)"+1
,鍼(芸器 ×1
)exp(‑ift5)X、'('‑Y‑A+")(
{1+O(3)}exp(・圭。xp‑i南X 4+"(' Y A+")(j〃
、, /B
×丘 (‑A+")21OgY
*r芸器r。$n)x‑"'<
×丘{'+O(:)}exp(‑'*)('‑y‑…)(‑A+")21OgY exp("logX)du
・ ・ ・(☆)
(☆)の右辺の積分を
叩脈壽efzJ
×隆{'+o(÷)}oxp(‑'*)('‑y‑…)(‑A+")21OgY exp("logX)d"
と置いて
j
U
色心″甲×畔が辛叩剴耕
/111︑・Zlp一lx/l︑eDB一一.啄仙〃んF×
exp(IulogX)d"
とする。
│{ ≠"鶚耕一… exp("logX)
2
<
‑(A2+u2)logY をみたし,
2
(A2+"2)lOgY
178鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
は可積分integrableであるので
Lebesgueの優収束定理DominatedConvergenceTheoremを使って
J鵯凡(X)=F(X)
である。また補題12より
F(X)の右辺の積分はlogXの従って碗X>0でXの複素解析関数となっ ている。またF(x)の右辺のX‑AもX=0の近傍を除いてxの複素解 析関数であるから
‑。,+")x‑"%
×鹿。蕊'(言耕蒜州",(",。菖加,
はX=0を除いて況X>0でXの複素解析関数となっている。
従って〃>1に対して
鉱 (‑3峠¥(s+:,x)("''f鵲ラLldu,
,為(芸器TFI,(x) i'ji"l鵬珊)=F(x)
==
でF(x)はX>0で実解析的で"に依存しない 複素数値実解析関数である。
…(6)
(1),(2),(3),(3'),(4),(4'),(5),(5'),(6)を使うと
Ii,=
=尚"≦愚,'A(")x(¥('og")"。"ns
1+o(1)
+
=■■=
(グー比)"+]
{(r*)""
手o{(号曜"I篝))"}+・{(・'1篝u )} ≠
半壼仏 羊人。寺卿仁娑竺号(計:,x)(")X鵲テリduノ,
中嶋眞澄:DirichletのL関数のLandau‑Page.Siegel‑龍沢零点 179
ー
(芸器 (;)≠
手壺{ル。 +4"}(‑鰐(・手筈x)(")L総テリduJ‑
(芸器re)+
+刺璽.(‑%峠 :(,ナチ〃鶚予lldM) 両"≦震,"A(")x(¥(!・恩鰯)"l 犯s α加十
+O{(碁"(農} ' *。)} {(v"F)')}
ー
(芸器7{(;)"(ボア)}‑
(芸器,{(;)‑余島(x)}
=尚"≦震,,A(")::g"r・"
半。{(子嘩馴芸1冊。{(v*)'}
一品
を得る。ここで上記左辺の第1項:
{(;) o(fv)}
が
{(;)÷。(扇釜7)}夢;
であるようにA>1,Y>1を選び(実際のA,Bの選び方は第1番目に上 記のようにAを選び,第2番目にBを選ぶ), そして
{(;)‑*F(x)}
180鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
に関して
b={(;)"(菰話芸7)}f)≧濫=:
と置き(αがXに依存しないようにAを定めることが出来ることに注意 すべきである。 )
α‑*F(x)≠
となるよう
7姉1
び
く
︑11Jノ
ー−2
c0句d
o/j11︑
︑塁xe
−−
X
6>1
の6を選ぶ。これはF(x)が実解析関数であることと,定数constantで ないこと(注)から可能である。また上記
α‑*F(x)
は〃に依存しないことに注意すべきである。
従って上記品は 品<=>
(芸器 {。‑六叩'}
=尚"薑忍,,A(")x(:('.g")"s α加十
{( " )
≠o{(f",(z=f')'}÷。 『cxp(")1'}
‑,‑*FIx)≠,
…(7) となる。
典&FI,(X)=F(X)
。‑*F(x)≠,
中嶋眞澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 181
より,即ち
。‑余剛x)→。‑壺叩卜0as"→。。
より,十分小さい正数0<fo<1を
0<│"‑,')│‑"
を満たすように選ぶと十分大きいv">1に対して
。<・‑蔬F(x)│‑。<α一幸剛x)11zw)│+<。‐1 となる。
上記(7)の左辺の絶対値の;乗平均値積分を考えるが,い)と補題'から
1
1 /70+hl l+o(1) 「l l m,、,、│ 1 1'
1 ,̲ (。̲剛寺r{│"‑*F(x)│‑"}│"d'
2ノl
{(芸器,。‑壺馴x'│}"
l l、')o+ノ』
1。̲
<−
−2A
{芸器 {緋‑壺叩小l*
<
"。│。{(rEP)"}¥。{(;叫篝'ル
<
2 |*
+尚"鬘嘉,4(")x(¥('og")"α dt
(☆☆)
≦I""(│。{(rEF)"}│≠│。{(f"測剤}│+
¥│尚ふ仙鶚嬰皿鋤│)ゞ │ゞ
≦│猟℃('。{('竿)11'一│働{(諄"剣}│′¥
帯'。{尚ふ皿: 蝿昨│、
182鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
。(('艸劇。惟緬{芸') ・
<
'尚ふ州睾艸x"n"1") 1。
+
'。{圭眺ふ州禁"4"+
<
(幽馴¥(¥".igw,)TII:}│
+
'。 尚ふ州禁('og")'I!+
<
')"F│(
(y嘩学I昨│(苓健xp(gF))T}│
+
…(8)
を得る。ここでα,6,c,d≧0に対して(q+6+c+d)2≦4((z2+62+c2+d2)
であることを使った。
(8)の右辺の積分に対して補題3を使うと
1
1 /70+hl l+o(1) il l","、│ ̲11"
典̲ (。̲〃膿7{│。‑*F(x)│‑,}│'d'
2ノル
lol圭剛ふ州禁(logn)''Qルー
<
1
(挫劇"、(;"";""
+
{。{(;)"ふAI繩幾側2('帆鼎
:==
((竿(h)'"臺悪,州篝側:II・""
+O
中嶋興澄:DirichletのL関数のLandau‑PageSiegel‑龍沢零点 183
(y"¥i)"≠(等剛蜑)}'"ll'}│) )
+
I。"(h)。ふ響(lo…*
(y.、"≠(;",IF=:})"││#) }│"
+ (9)
ここで, 〃→ のとき
1
ぴ一助
1 /TU+hl l+。(1) Il l #,、,、│ 1 1;
r{│。‑*"(x)│‑"}│'d'
噸(。̲〃半 {α‑圭F(x)‑
lim==
〃→ 2ノZ
│。{EF(;)""",鶚仙・恩悩欝≠
<lim
〃→○.
(raF)'≠(;",(F¥w,)。11:) }l
+
・ ・ ・(10)
(10)の右辺の第1項を補題2を使って評価する:
。≦馬,"('・g")"・蝿.
(XY)"/1、2
(;!)
ノz
(篝)γ膨念(;!)。,ふ等(l。gn)2!'
<exp
")'"念(;)'='°等…
<exp
=2
<。"")y"Ffz(;)'('叶2)!(f7
…(g)"峻念2端, ×
184鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
×(2"+2)(2"+1) ( 三)璽一
<exp (篝)'"念("+加叶' ,)(=irl""
(11)
(10)に(11)を代入して.補題4を使うと
1
<
|ぴ一助'一
loW(;)'"鬘悪,鶚仙帆璽"鱒¥
<lim
〃→
(,*)"" (f"=W) ) |│
+
{。{",(")r"念値州謝≠,)(=L… ≠(。̲;)
<lim
〃→OC
(y"'FI)"≠(号刈芸,1"││;) ) I
+
) (
( 。
{ド像"(「耐弩7)(・坐〃『鱈"劇γ剛篝) )}
=nlaX
{(¥零割『 掌) ( )}
=nlaX
・ ・ ・(12)
('2)でo−βb>0を保ちながら。 。をβbに十分近づければ, Bb>;であ るので. (12)の左辺はCOに近づき,一方(12)の右辺は
に割γ嘩崎)}。…) (
maX
という有限値6nitevalueに近づき矛盾が生ずる。従ってβ0=Bb+i')o,Eb>
:なる定理の条件を満たすL(s,x)の非自明な零点non‑trivialzeroは存在
中嶋眞澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 185
しない。□
主定理2の証明
主定理1と後の注意1より. ;〈・に零点zerosは存在しない。従って
0<ぴである実軸上ontherealaxisに零点が存在しないことを云うには
L(2,x)≠0を示せば良い。補題5,(6)にs=3を代入し, X=Xであるこ
とを使うと
‑2:(;x)=‑!。g¥‑;"{;(;‑・)+:(;)≠
となるのでL(:,x)≠0を得る。□
注:F(x)が定数でないことの証明
に'4=efEJ
×庭。鋤,(三諜蒜州"仙抑,
.x'")、
×丘。"(‑割焉鰯r州叩(‑…,狐
uノ〃ノl z:=logX
G(z)=const(mntと仮定して矛盾を導く :この仮定から
(。今。)
¥G(z)= exp ×
dz logY
(‑'*)('‑Y‑…)
必。xp! 'g¥i3
× exp((‑A+")Z)d"
=0,
襟)×
鼻G(z)=
(‑僻向)("、(‑""d"
l:ex,,
×
=0
一入
yフブ
ax9画qx1lIjd岬︑lトーJ
︽T四G︐111ノα町︑訓川ノ︵万O︵画XX入
pp
叩〃 P ll ii リ −Iリー
ー
一一コ八eVx
で︒ブー
3のクα●x︑d︑IIJノリ凡
2./f11︑p3−nxdvリノー11︑入祁臥
毛口■寺nQexdj
曲哲pcazく︲側
ー
一一一一コ入フ頬
VaTq町I叡血︑11ノ3︑Iljノ3.xpd2.︑11JノpQav2.吋/︐111︑@J州︑伽 p
v/J1l︑VQz+f1入.p
冷巴■4几淘exdd︑j︑■日日〃〃の毎抄早2.几⑩zzfl叩く刀︲凡
=
0=
"州"。(…‑剛(半'一)d 汀
=
0=
(半 ‑)
""(z("+V‑))dxe("+V‑入−I) フ
ー
(目6"610Z)SZ彰票09窮訴鶚昌鑑智副鋼981
中嶋眞澄:DirichletのL関数のLandau‑Page‑Siegel‑龍沢零点 187
=
B宅一一一B涯担︲Illlヤー111
1|職制!|恥渤
伽伽岬岬pfくl・ZxDユexFllllLelAY一一
‐
Y行 ら
OBY+昭
対対甑泥
0質︶Au︑OB
︒mI1
対1|哉崎︲|錨
X一XY昭X昭X即哩叩唾酬州ASY一一
ー
YASin{g('ggX‑=ZE)}
logX−−1−ヶ−β0
̲sin{B(logX‑*)}cos(BlogY)+c。s{B(logX‑*)}sin(BI。gY)
logX‑5当両+logY
ここで, logY=27r,BENとすると
−
YAglg
logX‑−』−グー的 logX−豈両+27r
sin{B(logX‑*)}≠0であるので
ー
一 一
汀2
1|砥対X一昭X11口oOl
l
−
AY 1房両一logX
豈両一logX‑27T
l88鹿児島経済論集第60巻第2号(2019年9月)
となる。又0<o‑@b<1であるので豈両‑logX>1であるが,A>1
であるので
‐
'琴," =等,芸≦ 〜1
となり矛盾を引き起こす。従ってY=e2T,1<BENと選べばF(X)=
G(z)≠constant.D
パラメータX,XA,B,ぴ−/1)の選び方
x=exp{sa},y=e",4,BEN,。‑6@は次の条件(a),(b),(c)
,<・‑駒零等ゞ歳菫『"':==
("4鮒)
‐‑…n(:)<ex,汀2 …(b)
;+o(扇鈴)‑:幸。 』 〉;…に)侍)
満たすが,先ず(a)を満たすようにグーβbを選び,次に(c)を満たすよう にAを選んでから, (b)を満たすようにBを選ぶ。
注意1 :主定理lを繰り返し適用すると,
C̲,<'yo<CI)内にある零点伽の実部βbは次第に小さくなり,
非零領域zerofreeregion:
{ぴ+〃|此<o,c‑!<t<q}
は,左方向に広がって行き,遂には
{。+i' ':<。,c‑!<!<cb}
となる。
主定理は次の結論を導いている。即ち,存在を仮定したp0は実際には存 在せず, ;〈oとなるL(s,x)の零点s=o+itは存在しないことになる。
この手続きを各βoに施せば,結局L(s,x)の非自明な零点は半平面;<o
Page‑Siegel‑龍沢零点 189 中嶋興澄:DirichletのL関数のLandau
には存在しないと結論付けられる。
Bb=:では上記矛盾が生じないので. この過程はぴ=;で止まる。
注意2: logL(S,X)がDirichlet級数に展開出来る事,即ちL(s,x)がEuler 積を持つ事が重要である。従ってS・RamanUjanのZeta関数:
蕨(愚) :=薑響=写,̲"(,,,釜, ,‑",紬>等)
○○
⑩ノ!ereA=9n('‑9")2#=ET(n)9",(I91<')
抑=1 n=l
等に対しても, この論文の議論は適用出来るはずである。
注意3:このような例外実零点存在の可能性は初めてLandaullO1が指摘 し,等差数列中の素数の分布は自然数列中の素数分布に比べ更に厄介の 要因があることが明らかにされた。更に明確な結果,即ち例外実零点の 非存在領域はPagel221により拡大され,次いでSiegel {251は非常に優れ た結果を得たが, これには計算不可能non‑effectiveな定数が含まれてい ることが欠点であった。その後,龍沢Thtuzawal261 1281により, この計 算不可能な定数は計算可能なものとなったが,例外が多くとも一つある
という制限が付いた。
本論文では{201と重複する所もあるが,厭わず再録した。
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(p.54(12.39)eB(")$→eB(x)s,(1240);log2汀→;log汀とすべき である。p.56(13.6)もそうである。)