Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Funzioni Aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Roberto Gualdi
Università di Milano-Bicocca
30 novembre 2012
Piano della presentazione
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
1 Teoria generale delle funzioni aritmetiche
2 Inversione di Möbius
3 Serie di Dirichlet
Qualche definizione
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Definizione
Una funzione aritmetica è una funzione da N in C.
Definizione
Una funzione aritmetica f si dice moltiplicativa se è diversa
dalla funzione nulla e per ogni n, m ∈ N primi tra loro vale che
f (n · m) = f (n) · f (m).
Esempi notevoli
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Per esempio:
la funzione costantemente uguale a 1, indicata con 1
la funzione unità
(
1 se n = 1,
e(n) =
0 se n ≥ 2
la funzione di Eulero
ϕ(n) = |{m ∈ {1, . . . , n} : M.C .D.(m, n) = 1}|
Prodotto di Dirichlet tra funzioni aritmetiche
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Definizione
Si dice prodotto di Dirichlet tra due funzioni aritmetiche f e
g la funzione aritmetica
n
X
(f ∗ g )(n) =
f (d )g
d
d|n
Serie di
Dirichlet
Si vede che è:
associativo
commutativo
dotato di elemento neutro, la funzione e.
Prodotto di Dirichlet tra funzioni aritmetiche
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Definizione
Si dice prodotto di Dirichlet tra due funzioni aritmetiche f e
g la funzione aritmetica
n
X
(f ∗ g )(n) =
f (d )g
d
d|n
Serie di
Dirichlet
Si vede che è:
associativo
commutativo
dotato di elemento neutro, la funzione e.
Struttura algebrica
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Notazioni:
F per l’insieme delle funzioni aritmetiche
M per l’insieme delle funzioni aritmetiche moltiplicative
Teorema
(F; +; ∗) è un anello commutativo con unità e.
Quali funzioni aritmetiche hanno inverso?
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Proposizione
Gli invertibili di F rispetto al prodotto di Dirichlet sono tutte e
sole le funzioni aritmetiche che non si annullano in 1.
Corollario
Ogni funzione moltiplicativa ammette inversa di Dirichlet.
Proposizione
(M; ∗) è un gruppo abeliano.
Quali funzioni aritmetiche hanno inverso?
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Proposizione
Gli invertibili di F rispetto al prodotto di Dirichlet sono tutte e
sole le funzioni aritmetiche che non si annullano in 1.
Corollario
Ogni funzione moltiplicativa ammette inversa di Dirichlet.
Proposizione
(M; ∗) è un gruppo abeliano.
Quali funzioni aritmetiche hanno inverso?
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Proposizione
Gli invertibili di F rispetto al prodotto di Dirichlet sono tutte e
sole le funzioni aritmetiche che non si annullano in 1.
Corollario
Ogni funzione moltiplicativa ammette inversa di Dirichlet.
Proposizione
(M; ∗) è un gruppo abeliano.
Un’interessante proprietà
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Proposizione
Se f , g sono funzioni aritmetiche con la proprietà che g e f ∗ g
sono moltiplicative, anche f lo è.
ESEMPIO
P
Sappiamo che d|n ϕ(d ) = n. Scrivendo ϕ ∗ 1 = id , si deduce
subito che ϕ è moltiplicativa.
Un’interessante proprietà
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Proposizione
Se f , g sono funzioni aritmetiche con la proprietà che g e f ∗ g
sono moltiplicative, anche f lo è.
ESEMPIO
P
Sappiamo che d|n ϕ(d ) = n. Scrivendo ϕ ∗ 1 = id , si deduce
subito che ϕ è moltiplicativa.
La funzione di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Definizione
Si dice funzione di Möbius la funzione aritmetica µ che si
ottiene ponendo µ(1) = 1, µ(n) = 0 se n non è squarefree,
µ(n) = (−1)k se n è prodotto di k fattori primi.
Esplicitamente se n = p1α1 p2α2 . . . pkαk (pi distinti e primi):


1
µ(n) = 0


(−1)k
se n = 1,
se ∃i ∈ {1, 2, . . . , k} : αi ≥ 2
se ∀i ∈ {1, 2, . . . , k} : αi = 1
OSSERVAZIONE: µ è moltiplicativa.
La funzione di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Definizione
Si dice funzione di Möbius la funzione aritmetica µ che si
ottiene ponendo µ(1) = 1, µ(n) = 0 se n non è squarefree,
µ(n) = (−1)k se n è prodotto di k fattori primi.
Esplicitamente se n = p1α1 p2α2 . . . pkαk (pi distinti e primi):


1
µ(n) = 0


(−1)k
se n = 1,
se ∃i ∈ {1, 2, . . . , k} : αi ≥ 2
se ∀i ∈ {1, 2, . . . , k} : αi = 1
OSSERVAZIONE: µ è moltiplicativa.
La funzione di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Definizione
Si dice funzione di Möbius la funzione aritmetica µ che si
ottiene ponendo µ(1) = 1, µ(n) = 0 se n non è squarefree,
µ(n) = (−1)k se n è prodotto di k fattori primi.
Esplicitamente se n = p1α1 p2α2 . . . pkαk (pi distinti e primi):


1
µ(n) = 0


(−1)k
se n = 1,
se ∃i ∈ {1, 2, . . . , k} : αi ≥ 2
se ∀i ∈ {1, 2, . . . , k} : αi = 1
OSSERVAZIONE: µ è moltiplicativa.
Identità di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Teorema
Per ogni n ∈ N vale che
P
d|n
µ(d ) = e(n).
Dimostrazione
Di fatto si vuole provare µ ∗ 1 = e.
Le funzioni sono tutte moltiplicative dunque basta verificare
l’uguaglianza sulle potenze dei primi.
X
(µ ∗ 1)(p m ) =
µ(d ) = µ(1) + µ(p) + · · · + µ(p m ) = 0
d|p m
e(p m ) = 0
Identità di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Teorema
Per ogni n ∈ N vale che
P
d|n
µ(d ) = e(n).
Dimostrazione
Di fatto si vuole provare µ ∗ 1 = e.
Le funzioni sono tutte moltiplicative dunque basta verificare
l’uguaglianza sulle potenze dei primi.
X
(µ ∗ 1)(p m ) =
µ(d ) = µ(1) + µ(p) + · · · + µ(p m ) = 0
d|p m
e(p m ) = 0
Identità di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Teorema
Per ogni n ∈ N vale che
P
d|n
µ(d ) = e(n).
Dimostrazione
Di fatto si vuole provare µ ∗ 1 = e.
Le funzioni sono tutte moltiplicative dunque basta verificare
l’uguaglianza sulle potenze dei primi.
X
(µ ∗ 1)(p m ) =
µ(d ) = µ(1) + µ(p) + · · · + µ(p m ) = 0
d|p m
e(p m ) = 0
Identità di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Teorema
Per ogni n ∈ N vale che
P
d|n
µ(d ) = e(n).
Dimostrazione
Di fatto si vuole provare µ ∗ 1 = e.
Le funzioni sono tutte moltiplicative dunque basta verificare
l’uguaglianza sulle potenze dei primi.
X
(µ ∗ 1)(p m ) =
µ(d ) = µ(1) + µ(p) + · · · + µ(p m ) = 0
d|p m
e(p m ) = 0
Identità di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Teorema
Per ogni n ∈ N vale che
P
d|n
µ(d ) = e(n).
Dimostrazione
Di fatto si vuole provare µ ∗ 1 = e.
Le funzioni sono tutte moltiplicative dunque basta verificare
l’uguaglianza sulle potenze dei primi.
X
(µ ∗ 1)(p m ) =
µ(d ) = µ(1) + µ(p) + · · · + µ(p m ) = 0
d|p m
e(p m ) = 0
Identità di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Teorema
Per ogni n ∈ N vale che
P
d|n
µ(d ) = e(n).
Dimostrazione
Di fatto si vuole provare µ ∗ 1 = e.
Le funzioni sono tutte moltiplicative dunque basta verificare
l’uguaglianza sulle potenze dei primi.
X
(µ ∗ 1)(p m ) =
µ(d ) = µ(1) + µ(p) + · · · + µ(p m ) = 0
d|p m
e(p m ) = 0
Identità di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Teorema
Per ogni n ∈ N vale che
P
d|n
µ(d ) = e(n).
Dimostrazione
Di fatto si vuole provare µ ∗ 1 = e.
Le funzioni sono tutte moltiplicative dunque basta verificare
l’uguaglianza sulle potenze dei primi.
X
(µ ∗ 1)(p m ) =
µ(d ) = µ(1) + µ(p) + · · · + µ(p m ) = 0
d|p m
e(p m ) = 0
Identità di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Teorema
Per ogni n ∈ N vale che
P
d|n
µ(d ) = e(n).
Dimostrazione
Di fatto si vuole provare µ ∗ 1 = e.
Le funzioni sono tutte moltiplicative dunque basta verificare
l’uguaglianza sulle potenze dei primi.
X
(µ ∗ 1)(p m ) =
µ(d ) = µ(1) + µ(p) + · · · + µ(p m ) = 0
d|p m
e(p m ) = 0
Formula di inversione di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Corollario
Se f e F due funzioni aritmetiche, sono equivalenti:
P
(i) F (n) = d|n f (d ) per ogni n ∈ N;
P
(ii) f (n) = d|n F (d )µ dn per ogni n ∈ N.
Dimostrazione
(i) ⇒ (ii): se F = f ∗ 1:
F ∗ µ = (f ∗ 1) ∗ µ = f ∗ (1 ∗ µ) = f ∗ e = f
(ii) ⇒ (i): viceversa se f = F ∗ µ:
F = F ∗ e = F ∗ (µ ∗ 1) = (F ∗ µ) ∗ 1 = f ∗ 1
Formula di inversione di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Corollario
Se f e F due funzioni aritmetiche, sono equivalenti:
P
(i) F (n) = d|n f (d ) per ogni n ∈ N;
P
(ii) f (n) = d|n F (d )µ dn per ogni n ∈ N.
Dimostrazione
(i) ⇒ (ii): se F = f ∗ 1:
F ∗ µ = (f ∗ 1) ∗ µ = f ∗ (1 ∗ µ) = f ∗ e = f
(ii) ⇒ (i): viceversa se f = F ∗ µ:
F = F ∗ e = F ∗ (µ ∗ 1) = (F ∗ µ) ∗ 1 = f ∗ 1
Formula di inversione di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Corollario
Se f e F due funzioni aritmetiche, sono equivalenti:
P
(i) F (n) = d|n f (d ) per ogni n ∈ N;
P
(ii) f (n) = d|n F (d )µ dn per ogni n ∈ N.
Dimostrazione
(i) ⇒ (ii): se F = f ∗ 1:
F ∗ µ = (f ∗ 1) ∗ µ = f ∗ (1 ∗ µ) = f ∗ e = f
(ii) ⇒ (i): viceversa se f = F ∗ µ:
F = F ∗ e = F ∗ (µ ∗ 1) = (F ∗ µ) ∗ 1 = f ∗ 1
Formula di inversione di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Corollario
Se f e F due funzioni aritmetiche, sono equivalenti:
P
(i) F (n) = d|n f (d ) per ogni n ∈ N;
P
(ii) f (n) = d|n F (d )µ dn per ogni n ∈ N.
Dimostrazione
(i) ⇒ (ii): se F = f ∗ 1:
F ∗ µ = (f ∗ 1) ∗ µ = f ∗ (1 ∗ µ) = f ∗ e = f
(ii) ⇒ (i): viceversa se f = F ∗ µ:
F = F ∗ e = F ∗ (µ ∗ 1) = (F ∗ µ) ∗ 1 = f ∗ 1
Formula di inversione di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Corollario
Se f e F due funzioni aritmetiche, sono equivalenti:
P
(i) F (n) = d|n f (d ) per ogni n ∈ N;
P
(ii) f (n) = d|n F (d )µ dn per ogni n ∈ N.
Dimostrazione
(i) ⇒ (ii): se F = f ∗ 1:
F ∗ µ = (f ∗ 1) ∗ µ = f ∗ (1 ∗ µ) = f ∗ e = f
(ii) ⇒ (i): viceversa se f = F ∗ µ:
F = F ∗ e = F ∗ (µ ∗ 1) = (F ∗ µ) ∗ 1 = f ∗ 1
Formula di inversione di Möbius
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Corollario
Se f e F due funzioni aritmetiche, sono equivalenti:
P
(i) F (n) = d|n f (d ) per ogni n ∈ N;
P
(ii) f (n) = d|n F (d )µ dn per ogni n ∈ N.
Dimostrazione
(i) ⇒ (ii): se F = f ∗ 1:
F ∗ µ = (f ∗ 1) ∗ µ = f ∗ (1 ∗ µ) = f ∗ e = f
(ii) ⇒ (i): viceversa se f = F ∗ µ:
F = F ∗ e = F ∗ (µ ∗ 1) = (F ∗ µ) ∗ 1 = f ∗ 1
Applicazioni della formula
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Alcune applicazioni:
valutazione della funzione di Eulero ϕ. Sappiamo che
soddisfa id = ϕ ∗ 1. Allora:
id ∗ µ = (ϕ ∗ 1) ∗ µ = ϕ ∗ (1 ∗ µ) = ϕ ∗ e = ϕ
formula
Q di Hall: sen q−a=n 1 − cT con c ∈ Z e
q = n∈N 1 − T
allora:
Serie di
Dirichlet
an =
n
1X
µ(d )c d
n
d|n
il numero di polinomi monici e irriducibili di grado n in
Fq [T ] è
1 X n d
Nq (n) =
µ
q
n
d
d|n
Applicazioni della formula
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Alcune applicazioni:
valutazione della funzione di Eulero ϕ. Sappiamo che
soddisfa id = ϕ ∗ 1. Allora:
id ∗ µ = (ϕ ∗ 1) ∗ µ = ϕ ∗ (1 ∗ µ) = ϕ ∗ e = ϕ
formula
Q di Hall: sen q−a=n 1 − cT con c ∈ Z e
q = n∈N 1 − T
allora:
Serie di
Dirichlet
an =
n
1X
µ(d )c d
n
d|n
il numero di polinomi monici e irriducibili di grado n in
Fq [T ] è
1 X n d
Nq (n) =
µ
q
n
d
d|n
Applicazioni della formula
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Alcune applicazioni:
valutazione della funzione di Eulero ϕ. Sappiamo che
soddisfa id = ϕ ∗ 1. Allora:
id ∗ µ = (ϕ ∗ 1) ∗ µ = ϕ ∗ (1 ∗ µ) = ϕ ∗ e = ϕ
formula
Q di Hall: sen q−a=n 1 − cT con c ∈ Z e
q = n∈N 1 − T
allora:
Serie di
Dirichlet
an =
n
1X
µ(d )c d
n
d|n
il numero di polinomi monici e irriducibili di grado n in
Fq [T ] è
1 X n d
Nq (n) =
µ
q
n
d
d|n
Serie di Dirchlet formali
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Definizione
Si dice serie formale di Dirichlet indotta da una funzione
aritmetica f l’espressione (formale):
Serie di
Dirichlet
Df (s) =
∞
X
n=1
Ad esempio D1 = ζ
f (n)n−s
Serie di Dirchlet formali
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Definizione
Si dice serie formale di Dirichlet indotta da una funzione
aritmetica f l’espressione (formale):
Serie di
Dirichlet
Df (s) =
∞
X
n=1
Ad esempio D1 = ζ
f (n)n−s
Operazioni tra serie di Dirichlet
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Definiamo sull’insieme D delle serie formali di Dirichlet:
!
!
∞
∞
∞
X
X
X
f (n)n−s +
g (m)ms =
f (n) + g (m) n−s
n=1
Inversione di
Möbius
∞
X
Serie di
Dirichlet
n=1
m=1
!
f (n)n
−s
∞
X
m=1
n=1
!
g (m)m
s
=
∞
X
n,m=1
Proposizione
Df · Dg = Df ∗g
f (n)g (m)(nm)−s
Operazioni tra serie di Dirichlet
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Definiamo sull’insieme D delle serie formali di Dirichlet:
!
!
∞
∞
∞
X
X
X
f (n)n−s +
g (m)ms =
f (n) + g (m) n−s
n=1
Inversione di
Möbius
∞
X
Serie di
Dirichlet
n=1
m=1
!
f (n)n
−s
∞
X
m=1
n=1
!
g (m)m
s
=
∞
X
n,m=1
Proposizione
Df · Dg = Df ∗g
f (n)g (m)(nm)−s
Operazioni tra serie di Dirichlet
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Definiamo sull’insieme D delle serie formali di Dirichlet:
!
!
∞
∞
∞
X
X
X
f (n)n−s +
g (m)ms =
f (n) + g (m) n−s
n=1
Inversione di
Möbius
∞
X
Serie di
Dirichlet
n=1
m=1
!
f (n)n
−s
∞
X
m=1
n=1
!
g (m)m
s
=
∞
X
n,m=1
Proposizione
Df · Dg = Df ∗g
f (n)g (m)(nm)−s
Strutture algebriche su D
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Corollario
(D; +; ·) è un anello commutativo con unità la funzione
costantemente uguale 1.
Corollario
La mappa
D : (F; +; ∗) → (D; +; ·)
D : f 7→ Df
è un omomorfismo di anelli.
Strutture algebriche su D
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Corollario
(D; +; ·) è un anello commutativo con unità la funzione
costantemente uguale 1.
Corollario
La mappa
D : (F; +; ∗) → (D; +; ·)
D : f 7→ Df
è un omomorfismo di anelli.
Quando una serie di Dirichlet ha senso analitico?
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Teorema
P
−s
Sia data una serie di Dirichlet Df (s) = ∞
n=1 f (n)n , che
converge per un certo numero complesso s0 . Allora essa
converge per tutti i numeri complessi s con <(s) > <(s0 ).
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Definizione
Diciamo ascissa di convergenza di una serie di Dirichlet D,
l’unico σconv (D) ∈ [−∞; +∞] per cui la serie converge per
<(s) > σconv (D), non converge per <(s) < σconv (D).
Si dice semipiano di convergenza il semipiano (eventualmente
degenere) {s ∈ C : <(s) > σconv (D)}.
Quando una serie di Dirichlet ha senso analitico?
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Teorema
P
−s
Sia data una serie di Dirichlet Df (s) = ∞
n=1 f (n)n , che
converge per un certo numero complesso s0 . Allora essa
converge per tutti i numeri complessi s con <(s) > <(s0 ).
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Definizione
Diciamo ascissa di convergenza di una serie di Dirichlet D,
l’unico σconv (D) ∈ [−∞; +∞] per cui la serie converge per
<(s) > σconv (D), non converge per <(s) < σconv (D).
Si dice semipiano di convergenza il semipiano (eventualmente
degenere) {s ∈ C : <(s) > σconv (D)}.
Quando una serie di Dirichlet ha senso analitico?
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Teorema
P
−s
Sia data una serie di Dirichlet Df (s) = ∞
n=1 f (n)n , che
converge per un certo numero complesso s0 . Allora essa
converge per tutti i numeri complessi s con <(s) > <(s0 ).
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
Definizione
Diciamo ascissa di convergenza di una serie di Dirichlet D,
l’unico σconv (D) ∈ [−∞; +∞] per cui la serie converge per
<(s) > σconv (D), non converge per <(s) < σconv (D).
Si dice semipiano di convergenza il semipiano (eventualmente
degenere) {s ∈ C : <(s) > σconv (D)}.
Serie di Dirichlet e Ipotesi di Riemann
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet
La funzione g (n) = (−1)n+1 è aritmetica moltiplicativa e per
<(s) > 1:
Dg (s) =
∞
X
(−1)n+1
n=1
ns
=−
X 1
X
+
ns
n pari
n dispari
1
=
ns
∞
∞
X 1
X
X
1
1
−
2
=
ζ(s)
−
2
=
=
s
s
n
n
(2k)s
n=1
= ζ(s) − 2
1
2s
n pari
∞
X
k=1
1−s
= ζ(s) 1 − 2
k=1
1
= ζ(s) − 21−s ζ(s) =
ks
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Sia Z (s) =
Dg (s)
.
1−21−s
Vale:
è una funzione olomorfa in <(s) > 0 ovunque tranne che in
s = 1 dove c’è un polo semplice
per <(s) > 1, coincide con ζ(s)
Inversione di
Möbius
Congettura (Ipotesi di Riemann)
Serie di
Dirichlet
Sia s uno zero della funzione
Dg (s) =
∞
X
(−1)n+1
n=1
con 0 < <(s) < 1. Allora <(s) = 12 .
ns
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Sia Z (s) =
Dg (s)
.
1−21−s
Vale:
è una funzione olomorfa in <(s) > 0 ovunque tranne che in
s = 1 dove c’è un polo semplice
per <(s) > 1, coincide con ζ(s)
Inversione di
Möbius
Congettura (Ipotesi di Riemann)
Serie di
Dirichlet
Sia s uno zero della funzione
Dg (s) =
∞
X
(−1)n+1
n=1
con 0 < <(s) < 1. Allora <(s) = 12 .
ns
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Sia Z (s) =
Dg (s)
.
1−21−s
Vale:
è una funzione olomorfa in <(s) > 0 ovunque tranne che in
s = 1 dove c’è un polo semplice
per <(s) > 1, coincide con ζ(s)
Inversione di
Möbius
Congettura (Ipotesi di Riemann)
Serie di
Dirichlet
Sia s uno zero della funzione
Dg (s) =
∞
X
(−1)n+1
n=1
con 0 < <(s) < 1. Allora <(s) = 12 .
ns
Funzioni
Aritmetiche
Roberto
Gualdi
Teoria
generale
delle funzioni
aritmetiche
Inversione di
Möbius
Serie di
Dirichlet