Die Ramanujanschen Funktionen g und G zählen zu den elliptischen Funktionen. Sie wurden nach dem indischen Mathematiker Srinivasa Ramanujan (श्रीनिवास रामानुजन) benannt. Diese beiden G-Funktionen stehen mit der elliptischen Lambda-Funktion und der Jacobischen Thetafunktion in algebraischer Beziehung.
Definition
Die Ramanujansche g-Funktion und die G-Funktion sind auf folgende Weise als unendliche Produkte[1] definiert:
![{\displaystyle g(x)={\frac {1}{\sqrt[{4}]{2}}}\exp \left({\frac {\pi }{24}}{\sqrt {x}}\right)\prod _{a=0}^{\infty }\{1-\exp[-(2a+1)\pi {\sqrt {x}}]\}={\frac {1}{\sqrt[{4}]{2}}}\exp \left({\frac {\pi }{24}}{\sqrt {x}}\right)[\exp(-\pi {\sqrt {x}});\exp(-2\pi {\sqrt {x}})]_{\infty }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4515125ee8cdc01972b4eb86de7996fbbe66f825)
![{\displaystyle G(x)={\frac {1}{\sqrt[{4}]{2}}}\exp \left({\frac {\pi }{24}}{\sqrt {x}}\right)\prod _{a=0}^{\infty }\{1+\exp[-(2a+1)\pi {\sqrt {x}}]\}={\frac {1}{\sqrt[{4}]{2}}}\exp \left({\frac {\pi }{24}}{\sqrt {x}}\right){\frac {[\exp(-2\pi {\sqrt {x}});\exp(-4\pi {\sqrt {x}})]_{\infty }}{[\exp(-\pi {\sqrt {x}});\exp(-2\pi {\sqrt {x}})]_{\infty }}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aee2467148dae7174287be0281db1c3474323759)
Bei den Ausdrücken mit den eckigen Klammern auf der rechten Seite sind hierbei die Pochhammer-Symbole dargestellt.
Deswegen lassen sich diese Funktionen auch über die Webersche Modulfunktion und die Dedekindsche Etafunktion definieren:[2]
![{\displaystyle g(x)=2^{-1/4}{\mathfrak {f}}_{1}(i{\sqrt {x}})=2^{-1/4}\,\eta ({\tfrac {1}{2}}i{\sqrt {x}})\,\eta (i{\sqrt {x}})^{-1}=}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dc7c586f5c556416ee21a2f35915d0b7c42537e4)
![{\displaystyle =2^{-1/4}{\biggl \{}\sum _{a=-\infty }^{\infty }(-1)^{a}\exp {\biggl [}-(6a+1)^{2}{\frac {\pi }{24}}{\sqrt {x}}{\biggr ]}{\biggr \}}{\biggl \{}\sum _{a=-\infty }^{\infty }(-1)^{a}\exp {\biggl [}-(6a+1)^{2}{\frac {\pi }{12}}{\sqrt {x}}{\biggr ]}{\biggr \}}^{-1}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d47135a19e2b718a0f4fddd6a0c3c9ceb2500440)
![{\displaystyle G(x)=2^{1/4}{\mathfrak {f}}_{1}^{-1}(i{\sqrt {x}}){\mathfrak {f}}_{2}^{-1}(i{\sqrt {x}})=2^{-1/4}\,\eta ({\tfrac {1}{2}}i{\sqrt {x}})^{-1}\,\eta (i{\sqrt {x}})^{2}\,\eta (2i{\sqrt {x}})^{-1}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/09682e9fdd393281367b3628c5308a9f1f55a3a4)
Diese Summenformeln sind mit dem Pentagonalzahlensatz von den Produktformeln hergeleitet.
Alternativ können die Ramanujanschen Funktionen über die Jacobische Thetafunktion definiert werden:
![{\displaystyle g(x)=2^{-1/12}\vartheta _{01}[0;\exp(-\pi {\sqrt {x}})]^{1/3}\vartheta _{10}[0;\exp(-\pi {\sqrt {x}})]^{-1/6}\vartheta _{00}[0;\exp(-\pi {\sqrt {x}})]^{-1/6}=}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/daf5a435421ebdfe59a7a7ff192b6e38027f7b38)
![{\displaystyle =2^{-1/4}\{\vartheta _{00}[{\tfrac {1}{12}}\pi ;\exp(-{\tfrac {1}{24}}\pi {\sqrt {x}})]-\vartheta _{00}[{\tfrac {5}{12}}\pi ;\exp(-{\tfrac {1}{24}}\pi {\sqrt {x}})]\}\{\vartheta _{00}[{\tfrac {1}{12}}\pi ;\exp(-{\tfrac {1}{12}}\pi {\sqrt {x}})]-\vartheta _{00}[{\tfrac {5}{12}}\pi ;\exp(-{\tfrac {1}{12}}\pi {\sqrt {x}})]\}^{-1}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3fe62e3929ea5b3eadd0f6f84cd2161d5238d344)
![{\displaystyle G(x)=2^{-1/12}\vartheta _{00}[0;\exp(-\pi {\sqrt {x}})]^{1/3}\vartheta _{10}[0;\exp(-\pi {\sqrt {x}})]^{-1/6}\vartheta _{01}[0;\exp(-\pi {\sqrt {x}})]^{-1/6}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b86900aee5c50fdc5a27e1469fdaec7c4eee9f9a)
Dabei gelten für die Thetafunktionen[3] folgende Definitionen:
![{\displaystyle \vartheta _{00}(y;z)=\prod _{n=1}^{\infty }(1-z^{2n})[1+2\cos(2y)z^{2n-1}+z^{4n-2}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/172a2d0a859c303c8118218cb69aebbe62be4d8c)
![{\displaystyle \vartheta _{01}(y;z)=\prod _{n=1}^{\infty }(1-z^{2n})[1-2\cos(2y)z^{2n-1}+z^{4n-2}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f8b4755ec42f85e35ce0ac842144363fe01e0b44)
![{\displaystyle \vartheta _{10}(y;z)=2z^{1/4}\cos(y)\prod _{n=1}^{\infty }(1-z^{2n})[1+2\cos(2y)z^{2n}+z^{4n}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1264dfbb50bf7cd119a13731c5dc9c496d255b71)
Bei beiden Ramanujanschen Funktionen werden alle positiven x-Werte reellen positiven Werten zugeordnet. Die Funktion g(x) beginnt am Punkt g(x = 0) = 0. Für positive x-Werte ist die Funktion g(x) monoton steigend. Im Gegensatz dazu weist die Funktion G(x) ein relatives Minimum bei dem Wert G(x = 1) = 1 auf.
Generell zählen alle g-Funktionswerte und G-Funktionswerte von positiven rationalen Zahlen zur Menge der reellen positiven algebraischen Zahlen:
![{\displaystyle g(x\in \mathbb {Q} ^{+})\in \mathbb {A} ^{+}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d4efc35e05d05920f186e21ac6f586b0a57e5626)
![{\displaystyle G(x\in \mathbb {Q} ^{+})\in \mathbb {A} ^{+}\geq 1}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a268688cd88fdeee64f6070e86c7658d8152d75d)
Umkehrfunktionen
Die Umkehrfunktionen zu den Ramanujanschen Funktionen können allein mit den Integralen algebraischer Funktionen dargestellt werden. Bei diesen Integralen handelt es sich um vollständige elliptische Integrale erster Art.
![{\displaystyle g^{\langle -1\rangle }(x)=2{\biggl (}\int _{0}^{1}{\frac {x^{6}}{\sqrt {y^{4}+2{\sqrt {x^{24}+1}}\,y^{2}+1}}}\mathrm {d} y{\biggr )}^{2}{\biggl (}\int _{0}^{1}{\frac {1}{\sqrt {y^{4}+2{\sqrt {x^{-24}+1}}\,y^{2}+1}}}\mathrm {d} y{\biggr )}^{-2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/710692216c9bdc6a4ab8a81022d1888deac849cb)
![{\displaystyle G^{\langle -1\rangle }(x)={\biggl (}\int _{0}^{1}{\frac {1}{\sqrt {y^{4}-2{\sqrt {-x^{-24}+1}}\,y^{2}+1}}}\mathrm {d} y{\biggr )}^{2}{\biggl (}\int _{0}^{1}{\frac {1}{\sqrt {y^{4}+2{\sqrt {-x^{-24}+1}}\,y^{2}+1}}}\mathrm {d} y{\biggr )}^{-2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aea700e2d0be5a0288133d1d159752e2907f4c00)
Unter Verwendung des Ausdrucks K(x) für das vollständige elliptische Integral erster Art können diese Umkehrfunktionen auf folgende Weise formuliert werden:
![{\displaystyle g^{\langle -1\rangle }(x)=K({\sqrt {2}}x^{6}{\sqrt {{\sqrt {x^{24}+1}}-x^{12}}})^{2}K({\sqrt {x^{24}+1}}-x^{12})^{-2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/478c8085fd24e48c2eeef09d85cdd78399dac223)
![{\displaystyle G^{\langle -1\rangle }(x)=K{\biggl (}{\frac {1}{2}}{\sqrt {x^{-12}+1}}+{\frac {1}{2}}{\sqrt {-x^{-12}+1}}{\biggr )}^{2}K{\biggl (}{\frac {1}{2}}{\sqrt {x^{-12}+1}}-{\frac {1}{2}}{\sqrt {-x^{-12}+1}}{\biggr )}^{-2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/70ac34df74578a2e218b3c43070f840ed533d7f3)
Für die Umkehrfunktionen von den Funktionen g und G gelten folgende mathematische Sätze:
Wenn gilt:
, dann gilt:
Wenn gilt:
, dann gilt:
Algebraische Beziehungen
Folgende Gleichungen gelten für die Ramanujanschen Funktionen:
![{\displaystyle G(x)=2^{-1/8}g(x)^{-1/2}\left[{\sqrt {g(x)^{24}+1}}+g(x)^{12}\right]^{1/8}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/32415a7c5a0c3586393ea17d1923b4e0b96a439c)
![{\displaystyle [g(x)^{-24}g(1/x)^{-24}+8]^{2}=64[g(x)^{-24}+1][g(1/x)^{-24}+1]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/81423e8405199d43488784993d9caa525eb1ef5a)
![{\displaystyle G(x)=G(1/x)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e280ac87fac855164d1b5fc4d969c0bdf2b092a5)
![{\displaystyle g(x)g(4/x)=1}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e2a8102de86f4a4aba4703673414a699caf0bea8)
![{\displaystyle g(4x)=2^{1/4}g(x)G(x)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/50f714a4126c006329aa0fa2fffe3063cc8d474b)
![{\displaystyle G(4x)={\sqrt {g(x)G(x)}}{\Bigl [}g(x)^{4}+G(x)^{4}{\Bigr ]}^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cb8a44edf984a1d4cde0375e1b7afcbec16c9302)
![{\displaystyle g(9x)^{12}-g(x)^{12}=2{\sqrt {2}}g(x)^{9}g(9x)^{9}+2{\sqrt {2}}g(x)^{3}g(9x)^{3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/92aa971b804f0df77cab995b343abfe634415056)
![{\displaystyle g(9x)=2^{-1/6}g(x)^{1/3}\left[{\sqrt {g(x)^{8}+1}}{\sqrt {2{\sqrt {g(x)^{16}-g(x)^{8}+1}}+2g(x)^{8}-1}}+g(x)^{8}+{\sqrt {g(x)^{16}-g(x)^{8}+1}}\right]^{1/3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c033d303b67b7a7afd24a571aae8a2a0eda6319a)
Einige Theoreme für Vervielfachungen mit ungeraden Quadratzahlen werden nur durch Gleichungen beschrieben, bei welchen die Lösungen für den Allgemeinfall von g und G nicht elementar dargestellt werden können. Ein solches Beispiel sind die beiden unten abgebildeten Theoreme für die Verfünfundzwanzigfachung. Diese Gleichungen sechsten Grades haben quintische Resolventen in der Bring-Jerrard-Form, deren Allgemeinfall nicht elementar lösbar ist.[4] Auch können die Jacobischen elliptischen Sinus-, Cosinus- und Delta-Funktionenswerte vom Fünftel des vollständigen elliptischen Integrals erster Ordnung für den Allgemeinfall des elliptischen Moduls auch nicht elementar dargestellt werden. Dies funktioniert jedoch sehr wohl für das Drittel[5] und das Neuntel des vollständigen elliptischen Integrals erster Ordnung.
![{\displaystyle g(25x)^{6}-g(x)^{6}=2g(x)^{5}g(25x)^{5}+2g(x)g(25x)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b7e077796ffeffdccc015312d383946da37b631e)
![{\displaystyle G(25x)^{6}+G(x)^{6}=2G(x)^{5}G(25x)^{5}-2G(x)G(25x)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/67aa23215973c99b56177a2b85b84c3a22ef2744)
![{\displaystyle g(49x)^{8}+g(x)^{8}-7g(x)^{4}g(49x)^{4}=2{\sqrt {2}}g(x)^{7}g(49x)^{7}+2{\sqrt {2}}g(x)g(49x)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f37c6923d739144b74bbf8472172eae05964fe99)
![{\displaystyle G(49x)^{8}+G(x)^{8}+7G(x)^{4}G(49x)^{4}=2{\sqrt {2}}G(x)^{7}G(49x)^{7}+2{\sqrt {2}}G(x)G(49x)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2ce459a02ee7b1e3b161232208d2b6ed221a8742)
![{\displaystyle g(121x)^{12}-g(x)^{12}=}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0aadbcb3e2c784591a865b607c0041419b806566)
![{\displaystyle =2{\sqrt {2}}g(x)g(121x)[g(x)^{2}g(121x)^{2}+1][g(x)^{4}g(121x)^{4}+3g(x)^{2}g(121x)^{2}+1][2g(x)^{4}g(121x)^{4}+3g(x)^{2}g(121x)^{2}+2]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0dd51066a4168ae3177c05426f5d12315564a1d7)
![{\displaystyle [g(169x)^{2}-g(x)^{2}][g(169x)^{4}+g(x)^{4}-7g(x)^{2}g(169x)^{2}]\{[g(169x)^{2}-g(x)^{2}]^{4}-g(x)^{2}g(169x)^{2}[g(169x)^{2}+g(x)^{2}]^{2}\}=}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ffcfaf55e6c8491d2dbc6a9c534440b99fc47294)
![{\displaystyle =8g(x)^{13}g(169x)^{13}+8g(x)g(169x)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/866c2c8030bd461c12ae81d9d6d7bcdc3f90df56)
Folgende Beziehungen gelten zur elliptischen Lambdafunktion:[6]
![{\displaystyle \lambda ^{*}(x)=\tan\{{\frac {1}{2}}\arctan[g(x)^{-12}]\}={\frac {1}{2}}g(x)^{-4}G(x)^{-8}={\sqrt {g(x)^{24}+1}}-g(x)^{12}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/84a6149dd4a1ad15118f7a7d7ec11a8c11bc8cab)
![{\displaystyle g(x)=\tan\{2\arctan[\lambda ^{*}(x)]\}^{-1/12}=[2\lambda ^{*}(x)]^{-1/12}[1-\lambda ^{*}(x)^{2}]^{1/12}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/68e00466d0f99010aa9c811282802a9fb468d5f4)
![{\displaystyle G(x)=\sin\{2\arcsin[\lambda ^{*}(x)]\}^{-1/12}=[2\lambda ^{*}(x)]^{-1/12}[1-\lambda ^{*}(x)^{2}]^{-1/24}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/73ab01710afdc0e929b03ec3cbe5f838dfe4f1fe)
![{\displaystyle \lambda ^{*}(4x)={\biggl [}{\sqrt {{\sqrt {g(x)^{24}+1}}+1}}-g(x)^{6}{\biggr ]}^{2}{\biggl [}{\sqrt {{\sqrt {g(x)^{24}+1}}+1}}+g(x)^{6}{\biggr ]}^{-2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/db59f09bf8c240e924b5930eb161ceeaad9bf6c1)
![{\displaystyle \lambda ^{*}(9x)=\lambda ^{*}(x)^{3}\tan {\biggl \{}\arctan {\biggl [}{\sqrt {2{\sqrt {g(x)^{-16}-g(x)^{-8}+1}}-g(x)^{-8}+2}}+{\sqrt {g(x)^{-8}+1}}{\biggr ]}-{\frac {1}{4}}\pi {\biggr \}}^{4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/29bf167bc29a9cb9808cde130e58ef84a03e27cd)
![{\displaystyle g(25x)=g(x)^{5}\left\langle \operatorname {nc} \{{\tfrac {4}{5}}K[\lambda ^{*}(x)];\lambda ^{*}(x)\}-\operatorname {nc} \{{\tfrac {2}{5}}K[\lambda ^{*}(x)];\lambda ^{*}(x)\}\right\rangle }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/baebff8a5a00c18d81f95b411894ef546e3643c2)
Dabei ist nc der Kehrwert der Jacobischen Funktion Cosinus Amplitudinis.
Spezielle Werte
Werte der g-Funktion:
![{\displaystyle g(1)=2^{-1/8}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1ae45342f45c524b4732addeaa5e8a71d02a183c)
![{\displaystyle g(2)=1}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0404fb8cda1928b8cb5bcc497528b7fd32584cc1)
![{\displaystyle g(3)=2^{-1/6}(2+{\sqrt {3}})^{1/8}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/135e1c53d0004a51d1b81bcedf4698af41f8ce87)
![{\displaystyle g(4)=2^{1/8}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0cf699bf6571ad8bf1be2499b326cebdc23df8e3)
![{\displaystyle g(5)=2^{-1/4}({\sqrt {{\sqrt {5}}+1}}+{\sqrt {2}})^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c21e08108bd183b0b90fa12da6dc1bda93d403ab)
![{\displaystyle g(6)=({\sqrt {2}}+1)^{1/6}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8aefaa9bedcae09658fea93ae345163027f9af4f)
![{\displaystyle g(7)=2^{-1/4}(8+3{\sqrt {7}})^{1/8}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a55f2631465fda0fa46825d095f927a769674fae)
![{\displaystyle g(8)=2^{1/8}({\sqrt {2}}+1)^{1/8}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d50b0888e5388489dd219228541d52d8f8c6be00)
![{\displaystyle g(9)=2^{-1/6}({\sqrt {3}}+1)^{1/12}({\sqrt {2}}+{\sqrt[{4}]{3}})^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5da69301be0dad799d95913f4271fb6dec93fc0e)
![{\displaystyle g(10)=2^{-1/2}({\sqrt {5}}+1)^{1/2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f340c39e2fed17a11d5ad50961785fca49a649a4)
![{\displaystyle g(14)={\frac {1}{2}}{\sqrt {3+{\sqrt {2}}}}+{\frac {1}{2}}{\sqrt {{\sqrt {2}}-1}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cd1df22bfb4e30c866e553f1443ed156f79d28d8)
![{\displaystyle g(18)=({\sqrt {3}}+{\sqrt {2}})^{1/3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1a3c35e6ccaa7862be571df105464a7ec37677fb)
![{\displaystyle g(22)={\sqrt {{\sqrt {2}}+1}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/60ece6a7caf8f41a99abc1777e9bce728e1ff8b2)
![{\displaystyle g(26)={\frac {1}{6}}{\sqrt {2{\sqrt {13}}-2}}({\sqrt {{\sqrt {3}}+{\sqrt {2}}}}{\sqrt[{6}]{3{\sqrt {3}}+{\sqrt {26}}}}-{\sqrt {{\sqrt {3}}-{\sqrt {2}}}}{\sqrt[{6}]{3{\sqrt {3}}-{\sqrt {26}}}})+{\frac {1}{3}}{\sqrt {{\sqrt {13}}+2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d11c8fbfc72f0cbfd80417b0472bc12c849097eb)
![{\displaystyle g(30)=({\sqrt {10}}+3)^{1/6}({\sqrt {5}}+2)^{1/6}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ed7b2e382a5efd091be3faa4d1201573fe3fb60e)
![{\displaystyle g(34)={\frac {1}{4}}{\sqrt {14+2{\sqrt {17}}}}+{\frac {1}{4}}{\sqrt {2{\sqrt {17}}-2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/441e88879e28272f739d5f96bf9c72e1afed9ded)
![{\displaystyle g(38)={\frac {1}{6}}{\sqrt {{\sqrt {2}}+1}}[({\sqrt {57}}+6{\sqrt {2}}-1){\sqrt[{3}]{3{\sqrt {57}}-16{\sqrt {2}}}}+({\sqrt {57}}-6{\sqrt {2}}+1){\sqrt[{3}]{3{\sqrt {57}}+16{\sqrt {2}}}}+2{\sqrt {2}}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a8c4e8db6a5e8f69acd38b6a89cdc1b58ccd2c12)
![{\displaystyle g(42)=(2{\sqrt {7}}+3{\sqrt {3}})^{1/6}(2{\sqrt {2}}+{\sqrt {7}})^{1/6}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4f3fe1daaaaf0947ef5937dc10b5c011fbcf92ec)
![{\displaystyle g(46)={\frac {1}{2}}{\sqrt {5+{\sqrt {2}}}}+{\frac {1}{2}}{\sqrt {{\sqrt {2}}+1}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aea400e0027f27e28955d7a6dd10ac315758ce80)
![{\displaystyle g(50)={\frac {1}{144}}({\sqrt {5}}+1)[2{\sqrt[{12}]{5}}({\sqrt[{3}]{16+6{\sqrt {6}}}}+{\sqrt[{3}]{16-6{\sqrt {6}}}})+{\sqrt[{4}]{5}}(3-{\sqrt {5}})]^{2}-{\frac {1}{2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/28e925288c6daf211753e45b6838ba414882c470)
![{\displaystyle g(54)=[({\sqrt {2}}+1)^{3/2}+{\sqrt {2}}({\sqrt {2}}+1)^{7/6}+{\sqrt {2}}({\sqrt {2}}+1)^{5/6}]^{1/3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a7d941b7062816ab1d74b8e2d8f75871a684cc62)
![{\displaystyle g(58)={\frac {1}{2}}{\sqrt {2{\sqrt {29}}+10}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/399fadf549ef0dd811bcc91a2562b2cc4f487164)
![{\displaystyle g(62)={\frac {1}{4}}{\sqrt {9+5{\sqrt {2}}}}+{\frac {1}{4}}{\sqrt {{\sqrt {2}}+1}}+{\frac {1}{8}}{\sqrt {4-2{\sqrt {2}}}}({\sqrt {7+{\sqrt {31}}}}{\sqrt[{4}]{4{\sqrt {2}}+{\sqrt {31}}}}+{\sqrt {7-{\sqrt {31}}}}{\sqrt[{4}]{4{\sqrt {2}}-{\sqrt {31}}}})}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c438af5e7b6c7f0a0951648bd4b8ee8c23488514)
![{\displaystyle g(66)={\frac {1}{2}}\left[2({\sqrt {2}}+1)({\sqrt {126+14{\sqrt {33}}-32{\sqrt {2}}}}+9+{\sqrt {33}}-2{\sqrt {2}}){\sqrt[{4}]{{\sqrt {33}}-4{\sqrt {2}}}}+2({\sqrt {2}}-1)({\sqrt {126+14{\sqrt {33}}+32{\sqrt {2}}}}+9+{\sqrt {33}}+2{\sqrt {2}}){\sqrt[{4}]{{\sqrt {33}}+4{\sqrt {2}}}}\right]^{1/3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/32dfbecb9c0fe0498b62b210a4d16c65165ec304)
![{\displaystyle g(70)={\frac {1}{2}}({\sqrt {5}}+1){\sqrt {{\sqrt {2}}+1}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7b808bdcd8aae9cf05c9e8f3cddb7d2966f8b8f7)
Der Wert g(74) ist quintisch radikal beschaffen. Folglich muss für die Ermittlung dieses Wertes eine Gleichung fünften Grades gelöst werden:
![{\displaystyle g(74)^{5}+g(74)^{3}+g(74)-{\sqrt {{\sqrt {37}}+6}}\left[g(74)^{4}-g(74)^{2}+1\right]=0}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/41ab9558d3bd9116d0b496f5271938f34582158a)
Werte[7] der G-Funktion:
![{\displaystyle G(1)=1}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/91f144963dd44f76fbae0ce1638c05e8076538eb)
![{\displaystyle G(2)=2^{-1/8}({\sqrt {2}}+1)^{1/8}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/252acc7cba4142b4950ca670b48d0d347fc43e93)
![{\displaystyle G(3)=2^{1/12}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2b331dd45552c868651f222c865e0be1370bdd1b)
![{\displaystyle G(4)=2^{-3/16}({\sqrt {2}}+1)^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/45379fa155830e6cf42d994c5069e106787bfb73)
![{\displaystyle G(5)=2^{-1/4}({\sqrt {5}}+1)^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1049b6f2a18a87d4d820f502557f1faa1cc1f1a0)
![{\displaystyle G(6)=2^{-1/8}(2+{\sqrt {3}})^{1/8}({\sqrt {3}}+{\sqrt {2}})^{1/8}({\sqrt {2}}+1)^{-1/12}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e7748c92546f4f22017881f1386842305328e05e)
![{\displaystyle G(7)=2^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/39b3a9f1c3dd3d438512554d96f485c56a905415)
![{\displaystyle G(8)=2^{-1/4}({\sqrt {2{\sqrt {2}}+2}}+2)^{1/8}({\sqrt {2}}+1+{\sqrt {2{\sqrt {2}}+2}})^{1/8}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/836b6eb7bcf826243a34a43e125065fc23790ee0)
![{\displaystyle G(9)=(2+{\sqrt {3}})^{1/6}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/973dcfc8fe0320413f438d7e8187afcee9366f47)
![{\displaystyle G(10)=2^{-3/8}({\sqrt {10}}+3)^{1/8}({\sqrt {5}}-1)^{1/4}({\sqrt {2}}+1)^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8e8ce03620f488ccd208dffafd63d6808a6c15dc)
![{\displaystyle G(11)=2^{-1/4}3^{-1}({\sqrt[{3}]{3{\sqrt {33}}+17}}-{\sqrt[{3}]{3{\sqrt {33}}-17}}+2)=2^{1/12}T_{TRI}^{1/3}=2^{-1/4}(T_{TRI}^{2}-T_{TRI})}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/813144e80faa60991f38042f23d48639207c8b32)
![{\displaystyle G(13)=2^{-1/4}({\sqrt {13}}+3)^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4a9dea3ade9c6e4bbf4fc651ac588b0b57bec02f)
![{\displaystyle G(15)=2^{-1/12}({\sqrt {5}}+1)^{1/3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6061e9ab491d981f5dceb63bfc9c03dbb01c224a)
![{\displaystyle G(17)={\frac {1}{4}}{\sqrt {10+2{\sqrt {17}}}}+{\frac {1}{4}}{\sqrt {2{\sqrt {17}}-6}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e03fb188a242771158562c79092419d40050ca38)
![{\displaystyle G(19)=2^{-1/4}3^{-2/3}({\sqrt[{3}]{9+{\sqrt {57}}}}+{\sqrt[{3}]{9-{\sqrt {57}}}})={\tfrac {2}{3}}{\sqrt[{4}]{18}}\cosh[{\tfrac {1}{3}}\operatorname {arcosh} ({\tfrac {3}{4}}{\sqrt {6}})]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d10cb603c9ccf0046f94edc39f13b08d17d9d4c6)
![{\displaystyle G(21)=2^{-1/12}(3+{\sqrt {7}})^{1/6}(2{\sqrt {7}}+3{\sqrt {3}})^{1/12}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c09748d6ab0d71c91a5a95a645602bdc07229266)
![{\displaystyle G(23)=2^{-1/12}3^{-2/3}({\sqrt[{3}]{9+{\sqrt {69}}}}+{\sqrt[{3}]{9-{\sqrt {69}}}})={\tfrac {2}{3}}{\sqrt[{4}]{18}}\cosh[{\tfrac {1}{3}}\operatorname {arcosh} ({\tfrac {3}{2}}{\sqrt {3}})]=2^{1/4}\rho }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/daee9838a202c817f11fb50b80813178f528ffd5)
![{\displaystyle G(25)={\frac {1}{2}}({\sqrt {5}}+1)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a5b405acf2e3e7ebbd4fc1d4bb9a3a061c23323a)
![{\displaystyle G(27)=2^{1/12}3^{-1/3}({\sqrt[{3}]{2}}+1)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b1fb0f012d8569ec3429a063097889bfeda1defe)
![{\displaystyle G(29)=2^{-5/4}3^{-1}({\sqrt {29}}-5)^{1/4}[{\sqrt {29}}+3+({\sqrt {3}}+1){\sqrt[{3}]{2{\sqrt {29}}+6{\sqrt {3}}}}-({\sqrt {3}}-1){\sqrt[{3}]{2{\sqrt {29}}-6{\sqrt {3}}}}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/766001e35e5283afbdd8d8dda47ad84a65873cb5)
![{\displaystyle G(31)=2^{-3/4}3^{-1}({\sqrt[{3}]{116+12{\sqrt {93}}}}+{\sqrt[{3}]{116-12{\sqrt {93}}}}+2)={\tfrac {1}{2}}{\sqrt[{4}]{18}}\operatorname {csch} [{\tfrac {1}{3}}\operatorname {arsinh} ({\tfrac {3}{2}}{\sqrt {3}})]=2^{1/4}\psi }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e75c07c5e7c2c2af490732c3639d7e5e0f80d8f0)
![{\displaystyle G(33)=(10+3{\sqrt {11}})^{1/12}(2+{\sqrt {3}})^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0fb11db1e0e6468d145806cf40a3e2d5fa375185)
![{\displaystyle G(35)=2^{-9/4}3^{-1}({\sqrt {5}}-1)[({\sqrt {7}}+{\sqrt {3}}){\sqrt[{3}]{{\sqrt {35}}+3{\sqrt {3}}}}+({\sqrt {7}}-{\sqrt {3}}){\sqrt[{3}]{{\sqrt {35}}-3{\sqrt {3}}}}]+2^{-1/4}3^{-1}({\sqrt {5}}+1)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7fcaa7a8516cdbd5729f5d0ca4752c79d59a30da)
![{\displaystyle G(37)=({\sqrt {37}}+6)^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/68147eb847a8db37d09debd34ff641090da614f2)
![{\displaystyle G(39)=2^{-13/12}({\sqrt {2{\sqrt {13}}+7}}+1)({\sqrt {13}}-3)^{1/3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/813cb1734762fb00a114c4b1b0d84d3d497aa229)
![{\displaystyle G(41)={\frac {1}{8}}{\sqrt {6{\sqrt {41}}+38}}+{\frac {1}{8}}{\sqrt {14-2{\sqrt {41}}}}+{\frac {1}{8}}{\sqrt[{4}]{40{\sqrt {41}}+8}}+{\frac {1}{8}}{\sqrt[{4}]{40{\sqrt {41}}-248}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9b4027b2ac351913d0c9a8f90500d57b05fed8c5)
![{\displaystyle G(43)=2^{-1/4}3^{-1}({\sqrt[{3}]{35+3{\sqrt {129}}}}+{\sqrt[{3}]{35-3{\sqrt {129}}}}+2)={\tfrac {1}{4}}{\sqrt[{4}]{72}}\operatorname {csch} [{\tfrac {1}{3}}\operatorname {arsinh} ({\tfrac {3}{4}}{\sqrt {3}})]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e8a1d33f1d91af0ceb35f6c1666779b4173a34a1)
![{\displaystyle G(45)=(4+{\sqrt {15}})^{1/6}({\sqrt {5}}+2)^{1/4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0cf5dc9d954ec8beccd7b78ad36f9c8f068d711c)
Der Wert G(47) ist quintisch radikal, der Wert G(71) sogar septisch radikal beschaffen.[8]
![{\displaystyle [2^{-1/4}G(47)]^{5}-[2^{-1/4}G(47)]^{3}-2[2^{-1/4}G(47)]^{2}-2[2^{-1/4}G(47)]-1=0}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dff43ff1b9545157cf6e45cbafac11b649a9e0f1)
Das Kürzel T_TRI steht für die Tribonacci-Konstante, das Kürzel ρ steht für die Plastische Zahl und das Kürzel ψ steht für die Supergoldene Zahl. Alle drei Konstanten sind die Lösungen von kubischen Gleichungen mit rationalen Koeffizienten an allen vier Gliedern:
Konstante | Algebraischer Ausdruck | Kubische Gleichung |
Tribonacci-Konstante | | |
Plastische Zahl | | |
Supergoldene Zahl | | |
Der Mathematiker Srinivasa Ramanujan erkannte, dass diese Formel für alle positiven x-Werte gültig ist:
![{\displaystyle {\frac {1}{\pi }}=\sum _{k=0}^{\infty }{\frac {(4k)!}{(k!)^{4}}}{\biggl [}{\frac {g(x)^{12}}{8g(x)^{24}+8}}{\biggr ]}^{2k}{\biggl \{}{\frac {[1-\lambda ^{*}(x)^{2}]{\sqrt {x}}}{[1+\lambda ^{*}(x)^{2}]^{2}}}-{\frac {{\sqrt {x}}E[\lambda ^{*}(x)]}{[1+\lambda ^{*}(x)^{2}]K[\lambda ^{*}(x)]}}+{\frac {\pi }{4[1+\lambda ^{*}(x)^{2}]K[\lambda ^{*}(x)]^{2}}}+{\frac {k[g(x)^{24}-1]{\sqrt {x}}}{g(x)^{24}+1}}{\biggr \}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/23173f6760f8867e0a7eba8cecb16024c1ad1862)
Für alle positiven rationalen x-Werte entstehen in den geschweiften Klammern stets algebraische Ausdrücke.
Bei dem Wert x = 58 entsteht die weltberühmte und rasant konvergierende von Ramanujan entdeckte Summenformel für den Kehrwert der Kreiszahl:
![{\displaystyle {\frac {1}{\pi }}=\sum _{k=0}^{\infty }{\frac {2{\sqrt {2}}(4k)!(1103+26390k)}{9801(k!)^{4}396^{4k}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9f20d1b739b2227a34976485b919f8dde79e3fab)
Bei dem Wert x = 22 entsteht diese ebenso sehr schnell konvergierende Summenformel:
![{\displaystyle {\frac {1}{\pi }}=\sum _{k=0}^{\infty }{\frac {(4k)!(19+280k)}{18{\sqrt {11}}(k!)^{4}1584^{2k}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8797d53fcef54f5fc5e95a8a302ce055d090d73a)
Bei dem Wert x = 10 entsteht jene auch sehr schnell konvergierende Summenformel:
![{\displaystyle {\frac {1}{\pi }}=\sum _{k=0}^{\infty }{\frac {2{\sqrt {2}}(4k)!(1+10k)}{9(k!)^{4}12^{4k}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/828bce31b6cb234ff9d648a6be2c551e02e920f4)
Literatur
- Srinivasa Ramanujan: Modular Equations and Approximations to pi. Quart. J. Pure. Appl. Math. 45, 350–372, 1913–1914.
- J. M. und P. B. Borwein: Pi & the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity. New York: Wiley, Seiten 139, 172 und 298, 1987.
- D. H. Bailey, J. M. und P. B. Borwein: Ramanujan, Modular Equations, and Approximations to Pi or How to Compute One Billion Digits. The American Mathematical Monthly, Vol. 96, No. 3 (Mar., 1989), pp. 215–216
- Bruce C. Berndt, Sen–Shan Huang, Jaebum Sohn und Seung Hwan Son: Some theorems on the Rogers-Ramanujan continued fraction in Ramanujan's lost notebook. pp. 19–21
Einzelnachweise
- ↑ Eric W. Weisstein: Ramanujan g- and G-Functions. Abgerufen am 12. Juli 2021 (englisch).
- ↑ Eric W. Weisstein: Dedekind Eta Function. Abgerufen am 12. Juli 2021 (englisch).
- ↑ Derivative of the Jacobi theta function: Introduction to the Jacobi theta functions. Abgerufen am 1. August 2021.
- ↑ Eric W. Weisstein: Quintic Equation. Abgerufen am 12. Juli 2021 (englisch).
- ↑ http://matwbn.icm.edu.pl/ksiazki/aa/aa73/aa7316.pdf
- ↑ Eric W. Weisstein: Elliptic Lambda Function. Abgerufen am 12. Juli 2021 (englisch).
- ↑ 0026: Part 5, Complete Elliptic Integral of the First Kind - A Collection of Algebraic Identities. Abgerufen am 12. Juli 2021.
- ↑ A084540 - OEIS. Abgerufen am 12. Juli 2021.