狄利克雷级数

又称指数级数,即形如

(1)

的级数,简记为,式中 αn是复常数;s=σ+itσt是实变数。若(1)收敛,则记其和为ƒ(s)。当λn=n时,级数(1)是e-s的幂级数,其性质可由幂级数的性质推出,由此启示人们研究一般指数级数的性质。当λn=lnn时,级数(1)成为这是P.G.L.狄利克雷在解析数论中引用的重要级数;在αn=1的最简单的情形,它称为黎曼 ζ函数。此外,把狄利克雷级数推广到积分的情形就是普拉斯变换,因此两者有很多类似之处。

收敛性

对一般指数级数有阿贝尔型的定理:设级数(1)在一点s0收敛,则它在任何角域│arg(s-s0)│≤у(<π/2)中一致收敛。这样,如级数(1)在一点收敛(绝对收敛),则它在任何点s=σ+it(σ>σ0)收敛(绝对收敛)。于是级数(1)属于下列三种情况之一:

(1)存在着有限数 σ0(σα),级数在半平面σ>σ0(σ>σα)内收敛(绝对收敛),在半平面σ<σ0(σ<σα)内发散(不绝对收敛)。这时σ0(σα)称为级数 (1)的收敛横坐标(绝对收敛横坐标),σ>σ0(σ>σα)称为收敛半平面(绝对收敛半平面),σ=σ0(σ=σα)称为收敛轴(绝对收敛轴)。

(2)对任何 s=σ+it,级数发散(不绝对收敛),这时称级数(1)的收敛(或绝对收敛)横坐标为+

(3)对任何s=σ+it,级数收敛(绝对收敛),这时称级数(1)的收敛(绝对收敛)横坐标为-

对级数 (1)还可引进一致收敛横坐标的概念。级数(1)的一致收敛横坐标是

这几个收敛横坐标有如下关系:。当λn=n时,,但这在一般情形下不成立,例如对于

对于级数(1)的各种收敛坐标,有柯西阿达马公式的推广,如,设

且令

,则令。于是

关于收敛横坐标还有一个简单的不等式:

解析性

根据阿贝尔型定理以及外尔斯特拉斯定理,在上述情况①下,ƒ(s)在σ>σ0内解析;在情况③下,ƒ(s)为一整函数。可是反之,并非任何整函数或在半平面σ>α内的解析函数都可表示为指数级数。Α.Ф.列昂季耶夫不限于考虑{λn}是正数序列的级数(1)。他证明了:任何整函数可写成三个式 (1)型级数的和,而在每一级数中,{λn}在从原点出发的一条射线上。对于无穷或有界凸区域内解析的函数,也有类似结果。

系数的表示和估计

σα<+,那么对于σ1>σα, 式中t0是任一实数。由此可得柯西不等式的推广:

(2)

这里

(2)有种种推广,特别是对渐近指数级数的推广,可用来解决一些分析中的重要问题,如加权逼近问题、矩量问题的惟一性以及准解析函数问题等。

关于幂级数的奇异点、增长性、值的分布以及求和法等方面许多结果,都可推广到指数级数。

参考书目
  1. S. Mandelbrojt,Séries de Dirichlet, Gauthier-Villars,Paris, 1969.
  2. S.Mandelbrojt,Séries Adhérentes etc.,Gauthier-Villars,Paris, 1952.