教师|用最简单的方式解释黎曼猜想(四),核心篇——非平凡零点与复变函数


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在上一篇文章 , 我们已经讨论了黎曼zeta函数的一些零点 , 每个负偶数都是zeta函数的零点:ζ(?2)= 0 , ζ(?4)= 0 , ζ(?6)= 0 , 以此类推 。 这给我们提供了一种理解黎曼猜想的方法 , 再次回顾下黎曼猜想的内容:


黎曼zeta函数的非平凡零点的实部都是1/2 。
但负偶数只是zeta函数的平凡零点 , 我们不禁要问 , 那些“非平凡零点”在哪里?为了回答这个问题 , 我们必须走进复数世界 。

  • 数字系统 , 维基百科
一个复数就是复平面上的一个点 , 为了说明复平面 , 我对复数做一点分析 , 首先考虑我们之前讨论过的无穷级数:

  • x在-1到1之间
这适用于复数吗?是的(在某些条件下) 。 例如 , 假设x是(1/2)i , 那么级数收敛 。 事实上:

左边等于0.8+0.4i , 右边可以利用i^2=-1来化简 , 得到:

把右边表达式画在平面上:

从实轴上的1开始 , 加上1/2个虚单位(向上移动0.5) , 再减去1/4(向左移动1/4)……最后得到一个螺旋图 , 落在复数点0.8+0.4i处 。
回到非平凡零点 , 我要告诉你的是 , 黎曼zeta函数的非平凡零点都是复数!在1900年 , 关于非平凡零的位置 , 在数学上已经确定了如下事情:
  • 它们有无穷多个 , 实部在0到1之间 。

阴影部分被称为临界带 , 黎曼给出了更强的假设 , 就是黎曼猜想——非平凡零点实部都落在1/2上(临界线上) 。
  • 零以共轭对的形式出现 。 也就是说 , 如果a + bi是一个零点 , 那么a - bi也是一个零点 。
  • 零点的实部关于临界线对称 。
把黎曼zeta函数定义域推广到复数范围?我们知道 , 复数是普通实数的一个非常简单的扩展 , 遵循所有的算术规则 , 只是增加了i^2=-1 。 自然而然地 , 我们可以用复数替代实数 , 把函数的定义域扩展到整个复数范围 。 如

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