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다중로그

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1. 개요

다중로그는 17세기부터 연구된 함수로, 임의의 복소수 s와 |z| < 1인 복소수 z에 대해 정의되는 급수를 통해 표현된다. 이 함수는 해석적 연속을 통해 확장될 수 있으며, 이중로그(s=2), 삼중로그(s=3)와 같은 특수한 경우를 포함한다. 다중로그는 리만 제타 함수, 디리클레 에타 함수 등과 관련되며, 도함수와 적분 표현을 갖는다. 또한, 이중로그는 아벨 항등식, 렌던 항등식과 같은 특별한 성질을 가지며, 다중로그 사다리와 같은 개념으로 확장된다. 다중로그는 z=0과 z=1을 분기점으로 가지며, 모노드로미 군은 하이젠베르크 군과 관련된다.

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다중로그
정의
설명다중로그(多重log, polylogarithm) 함수 Li(z)}}]는 [[특수 함수의 일종이며, 다음과 같이 정의된다.
표기s는 복소수
z는 복소수
통상적으로 s를 먼저 표기함: Li(z)
s=1인 경우: Li(z)
음의 정수 s에 대해서는 다음 표기법도 사용됨:
Li(z)
Li(z)
Li(z)
Li(z)
Li(z)
Li(z)
Li(z)
정의 (수식)
급수 표현(z, s) = ∑ z / k
유효 범위< 1일 때 정의됨.
≥ 1일 때는 해석적 연속을 통해 정의됨.
다른 표현(s, z) = z Φ(z, s, 1), 여기서 Φ(z, s, 1)는 르로흐 함수임.
적분 표현(s, z) = (z/Γ(s)) ∫ t / (exp(t) − z) dt
s가 정수일 때(s, z) = ∫ (s-1, t)/t dt
특수한 값
s = 11=s = 1일 때, 1=Li(z) = −ln(1−z)
s = 21=s = 2일 때, 스펜스 함수와 관련됨.
s = 31=s = 3일 때, 에일리의 상수와 관련됨.
같이 보기
관련 함수로그 함수
르로흐 함수
후르비츠 제타 함수
클라우센 함수
기타 정보
영어polylogarithm
프랑스어fonction de Jonquière

2. 역사

이중로그는 17세기부터 수학계에 등장하기 시작하였다.[2] 존 랜던(John Landen)은 1760년에 이중로그에 대한 '''랜던 항등식'''을 증명하였다. 레온하르트 오일러닐스 헨리크 아벨은 1826년에 이중로그에 대한 '''아벨 항등식'''을 증명하였으나, 이 논문은 사후인 1881년에야 출판되었다.[3]

일반적인 다중로그는 A. 종키에르(A. Jonquière)가 1889년에 다루었다.[4] 이 때문에 다중로그는 '''종키에르 함수'''라고 불리기도 한다.

3. 정의

임의의 복소수 s\in\mathbb C|z|<1인 복소수 z\in\mathbb C에 대하여, '''다중로그''' \operatorname{Li}_s(z)는 다음과 같은 급수로 정의된다.

:\operatorname{Li}_s(z)=z+z^2/2^s+z^3/3^s+\dots

이는 모든 z\in\mathbb C에 대하여 해석적 연속으로 정칙적으로 확장할 수 있다. 이 경우 극점이나 본질적 특이점은 존재하지 않지만, 일부 s에서는 분지절단을 갖는다. 이 경우 분지점은 z=1z=\infty이며, 통상적으로 1 이하의 실수에 대하여 분지절단을 가한다.

s=2인 경우 '''이중로그'''(二重log, dilogarithm영어), s=3인 경우 '''삼중로그'''(三重log, trilogarithm영어) 따위의 이름을 사용한다.

4. 성질

다음은 다중로그 함수의 몇 가지 성질이다.


:\operatorname{Li}_s(1)=\zeta(s)
:\operatorname{Li}_s(-1)=-\eta(s)

  • 다중로그의 도함수는 낮은 차수의 다중로그로 주어진다.[1]

:z\frac{\partial\operatorname{Li}_{s}(z)}{\partial z} = \operatorname{Li}_{s-1}(z)

  • 1중로그는 로그 함수로 표현된다.[1]

:\operatorname{Li}_1(z) = -\ln(1-z)
: \operatorname{Li}_{-n}(z) = \left( z\frac\partial{\partial z}\right)^n\frac z{1-z}= \sum_{k=0}^n k!S(n+1, k+1) \left(\frac z{1-z}\right)^{k+1} \qquad (n=0,1,2,\ldots) (여기서 S(n,k)는 제2종 스털링 수이다.)

  • 제곱 관계:[1]

:\operatorname{Li}_s(-z) + \operatorname{Li}_s(z) = 2^{1-s} \operatorname{Li}_s(z^2).

  • 곱셈 공식:[1]

:\sum_{m=0}^{p-1} \operatorname{Li}_s(z e^{2\pi i m/p}) = p^{1-s} \operatorname{Li}_s(z^p)

4. 1. 특이점 및 분지 절단

다중로그 함수는 s 값에 따라 여러 개의 값을 가질 수 있다. \operatorname{Li}_s(z)의 주 가지(principal branch)는 | z | < 1에 대한 급수 정의로 주어지며, z = 1z = \infty에서 분지점을 갖는다. 통상적으로 1 이하의 실수에 대하여 분지 절단을 갖는다.

4. 2. 낮은 차수의 다중로그

1중로그는 다음과 같이 통상적인 로그로 주어진다.[1]

: \operatorname{Li}_1(z)=-\ln(1-z)

제2종 스털링 수 S(n,k)를 사용하면, 0 이하의 정수 차수의 다중로그는 다음과 같이 유리 함수로 표현된다.[1]

: \operatorname{Li}_{-n}(z) = \left( z\frac\partial{\partial z}\right)^n\frac z{1-z}= \sum_{k=0}^n k!S(n+1, k+1) \left(\frac z{1-z}\right)^{k+1} \qquad (n=0,1,2,\ldots)

명시적으로, 처음 몇 개의 다중로그는 다음과 같다.[1]

  • \operatorname{Li}_{1}(z) = -\ln(1-z)
  • \operatorname{Li}_{0}(z) = {z \over 1-z}
  • \operatorname{Li}_{-1}(z) = {z \over (1-z)^2}
  • \operatorname{Li}_{-2}(z) = {z (1+z) \over (1-z)^3}
  • \operatorname{Li}_{-3}(z) = {z (1+4z+z^2) \over (1-z)^4}
  • \operatorname{Li}_{-4}(z) = {z (1+z) (1+10z+z^2) \over (1-z)^5} .

4. 3. 적분 표현

다중로그는 다음과 같은 적분으로 표현할 수 있다. 이러한 적분들은 통계역학에서 보스-아인슈타인 통계페르미-디랙 통계를 다룰 때 등장한다. '''보스-아인슈타인 적분 표현'''은 다음과 같다.[1]

:\operatorname{Li}_s(z)=\frac1{\Gamma(s)}

\int_0^\infty {t^{s-1} \over e^t/z-1} \,dt \qquad\left(\operatorname{Re}s>0,\;z\in\mathbb C\setminus[1,\infty)\right)

'''페르미-디랙 적분 표현'''은 다음과 같다.[1]

:

\operatorname{Li}_{s}(-z) = -\frac1{\Gamma(s)}\int_0^\infty {t^{s-1} \over e^t/z+1} \,dt\qquad\left(\operatorname{Re}s>0,\;z\in\mathbb C\setminus(-\infty,-1]\right)


4. 4. 특정 값



반정수 값에 대한 폴리로그의 표현은 다음과 같다.[1]

  • Li영어_1(½) = ln 2
  • Li영어_2(½) = (1/12)π2 - (1/2)(ln 2)2
  • Li영어_3(½) = (1/6)(ln 2)3 - (1/12)π2 ln 2 + (7/8)ζ(3)


여기서 ζ는 리만 제타 함수이다. 더 높은 정수 차수에 대해서는 이러한 유형의 공식이 알려져 있지 않지만, 다음은 그 예시 중 하나이다.[2]

:Li영어_4(½) = (1/360)π4 - (1/24)(ln 2)4 + (1/24)π2 (ln 2)2 - (1/2)ζ(3̅,_1̅la)

이는 교대 이중 합을 포함한다.

:ζ(3̅,_1̅la)=∑ (-1)(''m''+''n'') ''m''−3 ''n''−1.

일반적으로 정수 차수 ''n'' ≥ 2에 대해 다음이 성립한다.[3]

:Li영어_''n''(½) = −ζ(1̅, 1̅,_{1}la(''n''−2)),

여기서 ζ(''s''1, …, ''s''''k'')는 다중 제타 함수이다. 예를 들어 다음과 같다.

:Li영어_5(½) = −ζ(1̅, 1̅la, 1,1,1).

단위근에서의 폴리로그 값은 푸리에 합으로 표현할 수 있다.[4]

:Li영어_''s''(e영어2πi영어''m''/''p'') = ''p''−''s'' ∑ e영어2πi영어''mk''/''p'' ζ(''s'', ) (''m'' = 1, 2, …, ''p''−1),

여기서 ζ는 허위츠 제타 함수이다. Re(''s'') > 1인 경우, Li영어''s''(1)은 유한하며, 위 관계는 ''m'' = 0 또는 ''m'' = ''p''에서도 성립한다. 이 공식은 다른 함수와의 관계에 나열된 허위츠 제타 함수와의 일반적인 관계에 의해 암시된 것만큼 간단하지 않지만, ''s''의 음이 아닌 정수 값에도 적용된다는 장점이 있다.[4]

5. 다른 함수와의 관계


  • Riemann zeta function|리만 제타 함수영어: 일 때, 다중로그는 리만 제타 함수로 축소된다. \operatorname{Li}_s(1) = \zeta(s) \qquad (\operatorname{Re}(s)>1).
  • Dirichlet eta function|디리클레 에타 함수영어: 다중로그는 디리클레 에타 함수와 관련이 있다. \operatorname{Li}_s(-1) = -\eta(s)
  • 폴리로그는 페르미-디락 적분과 다음과 같이 관련된다.

:F_s(\mu) = -\operatorname{Li}_{s+1}(-e^\mu).

  • 폴리로그는 보스-아인슈타인 적분과 다음과 같이 관련된다.

:G_s(\mu) = \operatorname{Li}_{s+1}(e^\mu).

  • 폴리로그는 레르흐 초월 함수의 특수한 경우이다.

:\operatorname{Li}_s(z) = z\Phi(z,s,1).

  • 폴리로그는 허위츠 제타 함수와 다음과 같이 관련된다.

:\operatorname{Li}_s(z) = {\Gamma(1 - s) \over (2\pi)^{1-s}} \left[i^{1-s} \zeta \left(1 - s, \frac{1}{2} + {\ln(-z) \over {2\pi i}} \right) + i^{s-1} ~\zeta \left(1 - s, \frac{1}{2} - {\ln(-z) \over {2\pi i}} \right) \right]

  • 양의 정수 폴리로그 차수 의 경우 허위츠 제타 함수 는 베르누이 다항식으로 축소되며, 에 대한 종키에르의 역변환 공식은 다음과 같다.

:\operatorname{Li}_{n}(e^{2\pi i x}) + (-1)^n \operatorname{Li}_{n}(e^{-2\pi i x}) = -{(2\pi i)^n \over n!} B_n(x)

  • 순수 허수 를 갖는 폴리로그는 클라우센 함수 및 로 표현될 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. (; ):

:\operatorname{Li}_s(e^{\pm i \theta}) = Ci_s(\theta) \pm i Si_s(\theta).

  • 역 탄젠트 적분 는 폴리로그로 표현할 수 있다.

:\operatorname{Ti}_s(z) = {1 \over 2i} \left[ \operatorname{Li}_s(i z) - \operatorname{Li}_s(-i z) \right].

  • 르장드르 카이 함수 (; )는 폴리로그로 표현할 수 있다.

:

\chi_s(z) = \tfrac {1}{2} \left[ \operatorname{Li}_s(z) - \operatorname{Li}_s(-z) \right].

  • 정수 차수의 폴리로그는 일반화된 초 기하 함수로 표현할 수 있다.

:\begin{align}

\operatorname{Li}_n(z) &= z _{n+1}F_{n} (1,1,\dots,1; 2,2,\dots,2; z) & (n = 0,1,2,\ldots), \\

\operatorname{Li}_{-n}(z) &= z _{n}F_{n-1} (2,2,\dots,2; 1,1,\dots,1; z) & (n = 1,2,3,\ldots) ~.

\end{align}

  • 불완전 제타 함수 또는 "디바이 함수" 의 관점에서

:

Z_n(z) = {1 \over (n - 1)!} \int_z^\infty {t^{n-1} \over e^t-1} dt \qquad (n = 1,2,3,\ldots) ,



:양의 정수 에 대한 폴리로그 는 유한 합으로 표현될 수 있다.

:

\operatorname{Li}_{n}(e^\mu) = \sum_{k=0}^{n-1} Z_{n-k}(-\mu) {\mu^k \over k!} \qquad (n = 1,2,3,\ldots) .


:

\sum_{n=1}^\infty\frac{z^nJ_{-s}(n)}{1-z^n}=\operatorname{Li}_{s}(z).

6. 급수 표현

The polylogarithm can be extended to negative integer order영어 ''s''는 한켈 윤곽선 적분을 통해 다음과 같이 나타낼 수 있다.

: \operatorname{Li}_s(e^\mu) = -{\Gamma(1 - s) \over 2\pi i} \oint_H {(-t)^{s-1} \over e^{t-\mu}-1} dt,

여기서 ''H''는 한켈 윤곽선이며, ''s'' ≠ 1, 2, 3, …이고, 적분 피연산자의 ''t'' = ''μ'' 극점은 음이 아닌 실수 축에 놓여 있지 않다. 윤곽선은 ''t'' − ''μ'' = 2''kπi''에서 적분 피연산자의 극점을 포함하도록 수정될 수 있으며, 적분은 잔류의 합으로 계산될 수 있다.

: \operatorname{Li}_s(e^\mu) = \Gamma(1 - s) \sum_{k=-\infty}^\infty (2k \pi i - \mu)^{s-1}.

이것은 Re(''s'') < 0이고 모든 ''μ''에 대해 유지되며, 여기서 ''e''''μ'' = 1은 아니다. 0 < Im(''μ'') ≤ 2''π''에 대해 합은 다음과 같이 분할될 수 있다.

: \operatorname{Li}_s(e^\mu) = \Gamma(1-s) \left[ (-2\pi i)^{s-1} \sum_{k=0}^\infty \left(k + {\mu \over {2\pi i}} \right)^{s-1} + (2\pi i)^{s-1} \sum_{k=0}^\infty \left(k+1- {\mu \over {2\pi i}} \right)^{s-1} \right],

여기서 두 급수는 이제 후르비츠 제타 함수로 식별될 수 있다.

: \operatorname{Li}_s(e^\mu) = {\Gamma(1 - s) \over (2\pi)^{1-s}} \left[i^{1-s} ~\zeta \left(1 - s, ~{\mu \over {2\pi i}} \right) + i^{s-1} ~\zeta \left(1 - s, ~1 - {\mu \over {2\pi i}} \right) \right] \qquad (0 < \operatorname{Im}(\mu) \leq 2\pi) .

이 관계는 모든 복소수 ''s'' ≠ 0, 1, 2, 3, …에 대해 성립한다.

''μ'' = 0에 대한 멱급수로 폴리로그 함수를 나타내기 위해, 한켈 윤곽선 적분에서 파생된 급수를 다음과 같이 작성한다.

: \operatorname{Li}_s(e^\mu) = \Gamma(1 - s) (-\mu)^{s-1} + \Gamma(1 - s) \sum_{h=1}^\infty \left[(-2 h \pi i - \mu)^{s-1} + (2 h \pi i - \mu)^{s-1} \right] .

합의 이항 거듭제곱이 ''μ'' = 0에 대해 전개되고 합의 순서가 반전되면, ''h''에 대한 합은 닫힌 형태로 표현될 수 있다.

: \operatorname{Li}_s(e^\mu) = \Gamma(1 - s) (-\mu)^{s-1} + \sum_{k=0}^\infty {\zeta(s-k) \over k!} \mu^k .

이 결과는 |''μ''| < 2''π''에 대해 성립하며, 제타 함수가 제공하는 해석적 연속성 덕분에 모든 ''s'' ≠ 1, 2, 3, …에 대해서도 성립한다. 차수가 양의 정수, 즉 ''s'' = ''n''인 경우, ''k'' = ''n'' − 1인 항과 감마 함수 모두 무한대가 되지만, 그 합은 그렇지 않다. 다음을 얻는다.

: \lim_{s \to k+1} \left[ {\zeta(s-k) \over k!} \mu^k + \Gamma(1 - s) (-\mu)^{s-1} \right] = {\mu^k \over k!} \left[\sum_{h=1}^k {1 \over h} - \ln(-\mu) \right],

여기서 ''k'' = 0이면 ''h''에 대한 합은 0이 된다. 따라서 양의 정수 차수에 대해 |''μ''| < 2''π''인 경우 다음과 같은 급수를 얻는다.

: \operatorname{Li}_{n}(e^\mu) = {\mu^{n-1} \over (n-1)!} \left[ H_{n-1} - \ln(-\mu) \right] + \sum_{k=0,k\ne n-1}^\infty {\zeta(n-k) \over k!} \mu^k ,

여기서 ''H''''n''은 ''n''번째 조화수를 나타낸다.

: H_n = \sum_{h=1}^n {1 \over h}, \qquad H_0 = 0.

문제 항은 −ln(−''μ'')을 포함하며, 이는 ''μ''''n''−1로 곱해질 때 ''μ'' → 0으로 갈 때 0으로 수렴하지만, ''n'' = 1인 경우는 예외이다. 이는 Li''s''(''z'')가 ''s'' = 1이고 ''z'' = 1에서 진정한 로그 특이점을 나타낸다는 사실을 반영한다.

: \lim_{\mu \to 0} \Gamma(1-s)(-\mu)^{s-1} = 0 \qquad (\operatorname{Re}(s) > 1).

다음 항등식을 사용하여

: 1 = {1 \over \Gamma(s)} \int_0^\infty e^{-t} t^{s-1} dt \qquad (\operatorname{Re}(s) > 0) ,

폴리로그 함수의 보스-아인슈타인 적분 표현은 다음 형태로 작성될 수 있다.

: \operatorname{Li}_s(z) = \tfrac{1}{2}z + {z \over 2 \Gamma(s)} \int_0^\infty e^{-t} t^{s-1} \coth{t - \ln z \over 2} dt \qquad (\operatorname{Re}(s) > 0).

쌍곡선 코탄젠트를 쌍방향 급수로 대체하면,

: \coth{t-\ln z \over 2} = 2 \sum_{k = -\infty}^\infty {1 \over 2 k \pi i + t - \ln z} ,

그런 다음 적분과 합의 순서를 바꾸고, 마지막으로 합의 항을 상부 불완전 감마 함수의 적분 표현과 식별하면 다음을 얻는다.

: \operatorname{Li}_s(z) = \tfrac{1}{2}z + \sum_{k = -\infty}^\infty {\Gamma(1-s, 2k \pi i - \ln z) \over (2k \pi i - \ln z)^{1-s}}.

이 결과의 쌍방향 급수와 쌍곡선 코탄젠트에 대한 쌍방향 급수 모두 −''k''max에서 ''k''max까지의 대칭 부분 합은 ''k''max → ∞로 무조건적으로 수렴한다. 합산을 대칭적으로 수행하면 Li''s''(''z'')에 대한 이 급수는 모든 복소수 ''s''뿐만 아니라 모든 복소수 ''z''에 대해 성립한다.

제2종 스털링 수에 대한 명시적 표현을 음이 아닌 정수 차수의 폴리로그 함수에 대한 유한 합에 도입하면, 다음과 같이 쓸 수 있다.

: \operatorname{Li}_{-n}(z) = \sum_{k=0}^n \left( {-z \over 1-z} \right)^{k+1} \sum_{j=0}^k (-1)^{j+1} {k \choose j} (j+1)^n \qquad (n=0,1,2,\ldots).

단순히 외부 합을 ∞까지 확장하여 얻은 무한 급수

: \operatorname{Li}_s(z) = \sum_{k=0}^\infty \left( {-z \over 1-z} \right)^{k+1} ~\sum_{j=0}^k (-1)^{j+1} {k \choose j} (j+1)^{-s} ,

합의 순서를 바꾸고 다음을 사용함으로써 |−''z''(1−''z'')| < 12에 대해 모든 복소수 ''s''와 Re(''z'') < 12인 복소수 ''z''에 대해 폴리로그 함수로 수렴하는 것으로 밝혀졌다.

: \sum_{k=j}^\infty {k \choose j} \left( {-z \over 1-z} \right)^{k+1} = \left[ \left( {-z \over 1-z} \right)^{-1} -1 \right]^{-j-1} = (-z)^{j+1}.

이 급수의 내부 계수는 일반화된 조화수를 포함하는 스털링 수 관련 공식으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 다음 항등식의 증명을 찾으려면 생성 함수 변환을 참조한다.

:\begin{align}

\operatorname{Li}_2(z) &= \sum_{j \geq 1} \frac{(-1)^{j-1}}{2} \left(H_j^2+H_j^{(2)}\right) \frac{z^j}{(1-z)^{j+1}} \\

\operatorname{Li}_3(z) &= \sum_{j \geq 1} \frac{(-1)^{j-1}}{6} \left(H_j^3+3H_j H_j^{(2)} + 2 H_j^{(3)}\right) \frac{z^j}{(1-z)^{j+1}}.

\end{align}

Re(''z'') < 12인 다른 인수의 경우, 결과는 해석적 연속에 의해 얻는다. 이 절차는 폴리로그 함수를 정의하는 ''z''에 대한 급수에 오일러 변환을 적용하는 것과 같다.

7. 점근 전개

|''z''| ≫ 1일 때, 폴리로그 함수는 ln(−''z'')에 대한 점근 급수로 전개될 수 있다.

:\operatorname{Li}_s(z) = {\pm i\pi \over \Gamma(s)} [\ln(-z) \pm i\pi]^{s-1} - \sum_{k = 0}^\infty (-1)^k (2\pi)^{2k} {B_{2k} \over (2k)!} {[\ln(-z) \pm i\pi]^{s-2 k} \over \Gamma(s+1-2k)},

:\operatorname{Li}_s(z) = \sum_{k=0}^\infty (-1)^k (1-2^{1-2k}) (2\pi)^{2k} {B_{2k} \over (2k)!} {[\ln(-z)]^{s-2 k} \over \Gamma(s+1-2k)},

여기서 ''B''2''k''베르누이 수이다. 두 버전 모두 모든 ''s''와 모든 arg(''z'')에 대해 유효하다. 일반적으로 항의 크기가 커지기 시작하면 합계를 종료해야 한다. 음의 정수 ''s''의 경우 전개는 완전히 사라지고, 음이 아닌 정수 ''s''의 경우에는 유한한 수의 항 이후에 중단된다.

8. 극한 거동

polylogarithm영어의 다양한 표현에서 얻어진 극한은 다음과 같다.

조건극한값비고
|



\operatorname{Re}(\mu) \to \infty에 대한 첫 번째 극한은 Wood의 방정식 11.3에 따라 수정되었다. \operatorname{Re}(s) \to -\infty에 대한 극한은 폴리로그 함수와 허위츠 제타 함수의 일반적인 관계에서 얻을 수 있다.

9. 이중로그

이중로그는 차수 ''s'' = 2인 다중로그 함수이다. 이중로그의 적분 표현은 다음과 같다.

:\operatorname{Li}_2 (z) = -\int_0^z{\ln (1-t) \over t} dt = -\int_0^1{\ln (1-zt) \over t} dt.

일부 컴퓨터 대수 시스템에서는 이중로그를 dilog(''z'') = Li2(1−''z'')로 정의하기도 하여 혼란을 야기하기도 한다.

이중로그에는 다음과 같은 다양한 항등식이 존재한다.


  • 아벨 항등식:


:\operatorname{Li}_2 \left( \frac{x}{1-y} \right) + \operatorname{Li}_2 \left( \frac{y}{1-x} \right) - \operatorname{Li}_2 \left(\frac{xy}{(1-x)(1-y)} \right) = \operatorname{Li}_2(x) + \operatorname{Li}_2(y) + \ln(1-x) \ln(1-y)

:(\operatorname{Re}(x) \le \tfrac{1}{2} \wedge \operatorname{Re}(y) \le \tfrac{1}{2} \vee \operatorname{Im}(x) > 0 \wedge \operatorname{Im}(y) > 0 \vee \operatorname{Im}(x) < 0 \wedge \operatorname{Im}(y) < 0 \vee \ldots).

: ''x'' = 0 또는 ''y'' = 0일 때, 그리고 일반적인 인자에 대해서는 미분 ∂/∂''x'' ∂/∂''y''를 통해 항등식이 성립함을 확인할 수 있다.

  • 오일러 반사 공식: ''y'' = 1−''x''일 때, 아벨 항등식은 오일러의 반사 공식으로 축약된다.


:\operatorname{Li}_2 \left(x \right) + \operatorname{Li}_2 \left(1-x\right) = \frac{1}{6} \pi^2 - \ln(x)\ln(1-x) ,

: 여기서 Li2(1) = ζ(2) = 16 ''π''2이고, ''x''는 임의의 복소수 값을 가질 수 있다.

  • 오각형 항등식: 새로운 변수 ''u'' = ''x''/(1−''y''), ''v'' = ''y''/(1−''x'')를 도입하면, 아벨 항등식은 다음과 같은 오각형 항등식으로 표현된다.


:\operatorname{Li}_2(u) + \operatorname{Li}_2(v) - \operatorname{Li}_2(uv) = \operatorname{Li}_2 \left( \frac{u-uv}{1-uv} \right) + \operatorname{Li}_2 \left( \frac{v-uv}{1-uv} \right) + \ln \left( \frac{1-u}{1-uv} \right) \ln\left( \frac{1-v}{1-uv} \right),

  • 랜던 항등식: ''x'' = ''y'' = 1−''z''에 대한 아벨 항등식과 제곱 관계로부터 랜던의 항등식을 얻는다.


:\operatorname{Li}_2(1-z) + \operatorname{Li}_2 \left( 1-\frac{1}{z} \right) = - \frac{1}{2} (\ln z)^2 \qquad (z \not \in ~]-\infty; 0]) ,

  • 역 공식: 각 이중로그에 반사 공식을 적용하면 역 공식을 얻을 수 있다.


:\operatorname{Li}_2(z) + \operatorname{Li}_2(1/z) = -\tfrac{1}{6} \pi^2 - \tfrac{1}{2} [\ln(-z)]^2 \qquad (z \not \in [0; 1[) ,

: 실수 ''z'' ≥ 1의 경우,

:\operatorname{Li}_2(z) + \operatorname{Li}_2(1/z) = \tfrac{1}{3} \pi^2 - \tfrac{1}{2} (\ln z)^2 - i\pi \ln z .

이중로그는 특정 값에서 닫힌 형식으로 표현 가능하다. 황금비 (\phi = \tfrac{1}{2} (\sqrt{5}+1))와 관련된 특수 값은 다음과 같다.

이중로그의 특수 값
x \operatorname{Li}_2(x) x \operatorname{Li}_2(x)
-1 -\tfrac {1}{12} \pi^2 -\phi -\tfrac {1}{10} \pi^2 - \ln^2 \phi
0 0 -1 / \phi -\tfrac {1}{15} \pi^2 + \tfrac {1}{2} \ln^2 \phi
\tfrac {1}{2} \tfrac {1}{12} \pi^2 - \tfrac {1}{2} \ln^2 2 1 / \phi^2 \tfrac {1}{15} \pi^2 - \ln^2 \phi
1 \tfrac {1}{6} \pi^2 1 / \phi \tfrac {1}{10} \pi^2 - \ln^2 \phi
2 \tfrac {1}{4} \pi^2 - \pi i \ln 2 \phi \tfrac {11}{15} \pi^2 + \tfrac {1}{2} \ln^2(-1 / \phi)
\phi^2 -\tfrac {11}{15} \pi^2 - \ln^2(-\phi)


10. 다중로그 사다리

레너드 르윈은 특수 값에 대한 다중로그에 대한 여러 고전적 관계의 놀랍고 광범위한 일반화를 발견했다. 이것들은 현재 ''다중로그 사다리''라고 불린다. \rho = \tfrac{1}{2} (\sqrt{5}-1)황금비의 역수로 정의하자. 그러면 두 개의 간단한 이중로그 사다리의 예는 다음과 같다.

:\operatorname{Li}_2(\rho^6) = 4 \operatorname{Li}_2(\rho^3) + 3 \operatorname{Li}_2(\rho^2) - 6 \operatorname{Li}_2(\rho) + \tfrac {7}{30} \pi^2

콕세터에 의해 주어지며,[1]

:\operatorname{Li}_2(\rho) = \tfrac{1}{10} \pi^2 - \ln^2\rho

랜든에 의해 주어지는 식이다. 다중로그 사다리는 K-이론과 대수 기하학에서 자연스럽게 깊숙이 나타난다. 다중로그 사다리는 BBP 알고리즘을 통해 다양한 수학 상수를 빠르게 계산하는 기반을 제공한다.[2]

11. 모노드로미

다중로그는 분기점 두 개를 갖는다. 하나는 ''z'' = 1이고 다른 하나는 ''z'' = 0이다. 두 번째 분기점 ''z'' = 0은 다중로그의 주 시트에서는 보이지 않으며, 함수를 다른 시트로 해석적 연속할 때만 보이게 된다. 다중로그의 모노드로미 군은 두 분기점을 도는 호모토피 클래스로 구성된다. 이들을 각각 ''m''0과 ''m''1으로 나타내면, 모노드로미 군은 다음과 같은 군 표시를 갖는다.

\langle m_0, m_1 \vert w = m_0 m_1 m^{-1}_0 m^{-1}_1, w m_1 = m_1 w \rangle.

특히 이중로그의 경우, ''wm''0 = ''m''0''w''도 성립하며, 모노드로미 군은 하이젠베르크 군이 된다(''m''0, ''m''1 및 ''w''를 각각 ''x'', ''y'', ''z''로 식별).

참조

[1] 문서
[2] 저널 The dilogarithm Function for complex argument 2003
[3] 서적 Œuvres complètes de Niels Henrik Abel − Nouvelle édition, Tome II Grøndahl & Søn 1881
[4] 저널 Note sur la série \scriptstyle \sum_{n=1}^\infty \frac{x^n}{n^s} http://archive.numda[...] 1889



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