将s=-2代入黎曼zeta函数,是怎样推出所有自然数的平方和是等于0的?

龙应淮


答:黎曼zeta函数,在自变量为负偶数(-2,-4,-6……)时,均为黎曼函数的平凡零点。


详细的证明过程很复杂,不过我们可以借助,早在1749年由大数学家欧拉提到的一个公式:



黎曼在1859年重新证明了这个公式,并且证明了这个公式,对解析拓延后的黎曼zeta函数也适用。

对于上面的公式,很容易看出:当s=-2时,右边的正弦函数等于零,而2!=2,所以等式左边的ζ(-2)=0,证毕。



其实,从以上公式,我们可以得到黎曼zeta函数的所有平凡零点。


其中,利用阶乘函数有(-s)!=Γ(1-s);

当s=2k,k为整数,即s为偶数时,正弦函数恒等于零,对此情况分析讨论:

(1)若s<0,阶乘值(-s)!>0,ζ(1-s)>0,此时方程右边恒等于零,即黎曼函数ζ(s)在取值负偶数时,函数值恒等于零;

(2)若s>0,阶乘函数在负整数处发散,黎曼函数在实数域的s>1内收敛;如果我们深究,会发现正弦函数的零点和阶乘函数的发散点相互抵消了,所以黎曼zeta函数在正偶数处取值有意义;

(3)s=0,该公式右边的ζ(1-s)没有定义,因为黎曼函数的定义域是s≠1;



于是,我们可以得到一个结论:黎曼zeta函数在所有负偶数处的取值都为零。


因为这些零点比较简单,而且对素数分布没有贡献,所以叫做黎曼函数的平凡零点。


而黎曼猜想真正感兴趣的,是那些对素数分布有贡献的零点,即非平凡零点。

黎曼猜想的内容既是:那些非平凡零点的实部全是1/2。


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


s=-2,这就是黎曼猜想的其中一个平凡零点,你问得问题很好。

要回答这个问题,必须知道一个基本的常识,那就是三角函数sin(x)。

如果我问你,sin(x)=0,那么x等于多少?

这个当然很简单,x应该是圆周率的整数倍。

有了这个知识,就可以回答你的问题了,请看下图:

你看我的上面的图片,最后三行我把s=-2代入,就可以得到黎曼函数是等于0的。你仔细看看就可以明白。

我们知道,s=-2不在一开始黎曼级数的定义域中,因为这个数字代入的话整个黎曼级数等于无限大。所以我们必须做解析延拓。随后我们就可以得到黎曼函数在整个复平面上有定义(除了s=1)。

因此,这些负偶整数是黎曼函数的平凡零点。这个事情虽然很简单,只用到了高中里的三角函数,但很多科普文章里都没有介绍过。


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