1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : نظرية الاعداد :

Dedekind Sum

المؤلف:  Apostol, T. M.

المصدر:  Ch. 12 in Introduction to Analytic Number Theory. New York: Springer-Verlag, 1976.

الجزء والصفحة:  ...

17-8-2020

2053

Dedekind Sum

Given relatively prime integers p and q (i.e., (p,q)=1), the Dedekind sum is defined by

 s(p,q)=sum_(i=1)^q((i/q))(((pi)/q)),

(1)

where

 ((x))=<span style={x-|_x_|-1/2 x not in Z; 0 x in Z, " src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/DedekindSum/NumberedEquation2.gif" style="height:48px; width:166px" />

(2)

with |_x_| the floor function. ((x)) is an odd function since ((x))=-((-x)) and is periodic with period 1. The Dedekind sum is meaningful even if (p,q)!=1, so the relatively prime restriction is sometimes dropped (Apostol 1997, p. 72). The symbol s(p,q) is sometimes used instead of s(p,a) (Beck 2000).

The Dedekind sum can also be expressed in the form

 s(p,q)=1/(4q)sum_(r=1)^(q-1)cot((pipr)/q)cot((pir)/q).

(3)

If 0<h<k, let r_0r_1, ..., r_(n+1) denote the remainders in the Euclidean algorithm given by

r_0 = k

(4)

r_1 = h

(5)

r_(j+1) = r_(j-1) (mod r_j)

(6)

for 1<=r_(j+1)<r_j and r_(n+1)=1. Then

 s(h,k)=1/(12)sum_(j=1)^(n+1)<span style={(-1)^(j+1)(r_j^2+r_(j-1)^2+1)/(r_jr_(j-1))}-((-1)^n+1)/8 " src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/DedekindSum/NumberedEquation4.gif" style="height:50px; width:307px" />

(7)

(Apostol 1997, pp. 72-73).

In general, there is no simple formula for closed-form evaluation of s(p,q), but some special cases are

s(1,q) = ((q-1)(q-2))/(12q)

(8)

s(2,q odd) = ((q-1)(q-5))/(24q)

(9)

(Apostol 1997, p. 62). Apostol (1997, p. 73) gives the additional special cases

 12hks(h,k)=(k-1)(k-h^2-1)  for k=1 (mod h)

(10)

 12hks(h,k)=(k-2)[k-1/2(h^2+1)]  for k=2 (mod h)

(11)

 12hks(h,k)=k^2+(h^2-6h+2)k+h^2+1  for k=-1 (mod h)

(12)

 12hks(h,k)=k^2-(h^2-t(r-1)(r-2)h+r^2+1)/rk+h^2+1

(13)

for k=r (mod h) and h=t (mod r), where r>=1 and t=+/-1. Finally,

 12hks(h,k)=k^2-(h^2+4r(t-2)(t+2)h+26)/5k+h^2+1

(14)

for k=5 (mod h) and h=t (mod 5), where t=+/-1 or +/-2.

Dedekind sums obey 2-term

 s(p,q)+s(q,p)=-1/4+1/(12)(p/q+q/p+1/(pq))

(15)

(Dedekind 1953; Rademacher and Grosswald 1972; Pommersheim 1993; Apostol 1997, pp. 62-64) and 3-term

(16)

(Rademacher 1954), reciprocity laws, where ab; and c are pairwise relatively prime, and

(17)

(18)

(19)

(Pommersheim 1993).

6qs(p,q) is an integer (Rademacher and Grosswald 1972, p. 28), and if theta=(3,q), then

 12pqs(p,q)=0 (mod thetap)

(20)

and

 12pqs(q,p)=q^2+1 (mod thetap).

(21)

In addition, s(p,q) satisfies the congruence

 12qs(p,q)=(q-1)(q+2)-4p(q-1)+4sum_(r<q/2)|_(2pr)/q_| (mod 8),

(22)

which, if q is odd, becomes

 12qs(p,q)=q-1+4sum_(r<q/2)|_(2pr)/q_| (mod 8)

(23)

(Apostol 1997, pp. 65-66). If q=3, 5, 7, or 13, let r=24/(q-1), let integers abcd be given with ad-bc=1 such that c=c_1q and c_1>0, and let

 delta=<span style={s(a,c)-(a+d)/(12c)}-{s(a,c_1)-(a+d)/(12c_1)}. " src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/DedekindSum/NumberedEquation16.gif" style="height:38px; width:256px" />

(24)

Then rdelta is an even integer (Apostol 1997, pp. 66-69).

Let pquv in N with (p,q)=(u,v)=1 (i.e., are pairwise relatively prime), then the Dedekind sums also satisfy

(25)

where t=pv+qu, and  are any integers such that  (Pommersheim 1993).

If p is prime, then

 (p+1)s(h,k)=s(ph,k)+sum_(m=0)^(p-1)s(h+mk,pk)

(26)

(Dedekind 1953; Apostol 1997, p. 73). Moreover, it has been beautifully generalized by Knopp (1980).


REFERENCES:

Apostol, T. M. "Properties of Dedekind Sums," "The Reciprocity Law for Dedekind Sums," and "Congruence Properties of Dedekind Sums." §3.7-3.9 in Modular Functions and Dirichlet Series in Number Theory, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, pp. 52 and 61-69, 1997.

Apostol, T. M. Ch. 12 in Introduction to Analytic Number Theory. New York: Springer-Verlag, 1976.

Beck, M. "Dedekind Cotangent Sums" 7 Dec 2001. https://arxiv.org/abs/math.NT/0112077.

Dedekind, R. "Erlauterungen zu den Fragmenten, XXVIII." In The Collected Works of Bernhard Riemann. New York: Dover, pp. 466-478, 1953.

Iseki, S. "The Transformation Formula for the Dedekind Modular Function and Related Functional Equations." Duke Math. J. 24, 653-662, 1957.

Knopp, M. I. "Hecke Operators and an Identity for Dedekind Sums." J. Number Th. 12, 2-9, 1980.

Pommersheim, J. "Toric Varieties, Lattice Points, and Dedekind Sums." Math. Ann. 295, 1-24, 1993.

Rademacher, H. "Generalization of the Reciprocity Formula for Dedekind Sums." Duke Math. J. 21, 391-398, 1954.

Rademacher, H. and Grosswald, E. Dedekind Sums. Washington, DC: Math. Assoc. Amer., 1972.

Rademacher, H. and Whiteman, A. L. "Theorems on Dedekind Sums." Amer. J. Math. 63, 377-407, 1941.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي