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 :

Modular Equation

المؤلف:  Borwein, J. M. and Borwein, P. B

المصدر:  Pi & the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity. New York: Wiley

الجزء والصفحة:  ...

24-12-2019

835

Modular Equation

The modular equation of degree n gives an algebraic connection of the form

(1)

between the transcendental complete elliptic integrals of the first kind with moduli k and l. When k and l satisfy a modular equation, a relationship of the form

 (M(l,k)dy)/(sqrt((1-y^2)(1-l^2y^2)))=(dx)/(sqrt((1-x^2)(1-k^2x^2)))

(2)

exists, and M is called the multiplier. In general, if p is an odd prime, then the modular equation is given by

 Omega_p(u,v)=(v-u_0)(v-u_1)...(v-u_p),

(3)

where

u_p = (-1)^((p^2-1)/8)[lambda(q^p)]^(1/8)

(4)

= (-1)^((p^2-1)/8)u(q^p),

(5)

lambda is a elliptic lambda function, and

 q=e^(ipitau)

(6)

(Borwein and Borwein 1987, p. 126), where tau is the half-period ratio. An elliptic integral identity gives

(7)

so the modular equation of degree 2 is

 l=(2sqrt(k))/(1+k),

(8)

which can be written as

 l^2(1+k)^2=4k.

(9)

A few low order modular equations written in terms of k and l are

Omega_2 = l^2(1+k)^2-4k=0

(10)

Omega_7 =

(11)

Omega_(23) =

(12)

In terms of u and v,

Omega_3(u,v) = u^4-v^4+2uv(1-u^2v^2)=0

(13)

Omega_5(u,v) = v^6-u^6+5u^2v^2(v^2-u^2)+4uv(u^4v^4-1)

(14)

= (u/v)^3+(v/u)^3=2(u^2v^2-1/(u^2v^2))=0

(15)

Omega_7(u,v) = (1-u^8)(1-v^8)-(1-uv)^8=0,

(16)

where

 u^2=sqrt(k)=(theta_2(q))/(theta_3(q))

(17)

and

 v^2=sqrt(l)=(theta_2(q^p))/(theta_3(q^p)).

(18)

Here, theta_i are Jacobi theta functions.

A modular equation of degree  for r>=2 can be obtained by iterating the equation for 2^(r-1). Modular equations for prime p from 3 to 23 are given in Borwein and Borwein (1987).

Quadratic modular identities include

 (theta_3(q))/(theta_3(q^4))-1=[(theta_3^2(q^2))/(theta_3^2(q^4))-1]^(1/2).

(19)

Cubic identities include

 [3(theta_2(q^9))/(theta_2(q))-1]^3=9(theta_2^4(q^3))/(theta_2^4(q))-1

(20)

 [3(theta_3(q^9))/(theta_3(q))-1]^3=9(theta_3^4(q^3))/(theta_3^4(q))-1

(21)

 [3(theta_4(q^9))/(theta_4(q))-1]^3=9(theta_4^4(q^3))/(theta_4^4(q))-1.

(22)

A seventh-order identity is

 sqrt(theta_3(q)theta_3(q^7))-sqrt(theta_4(q)theta_4(q^7))=sqrt(theta_2(q)theta_2(q^7)).

(23)

From Ramanujan (1913-1914),

(24)

(25)

When k and l satisfy a modular equation, a relationship of the form

 (M(l,k)dy)/(sqrt((1-y^2)(1-l^2y^2)))=(dx)/(sqrt((1-x^2)(1-k^2x^2)))

(26)

exists, and M is called the multiplier. The multiplier of degree n can be given by

 M_n(l,k)=(theta_3^2(q))/(theta_3^2(q^(1/p)))=(K(k))/(K(l)),

(27)

where theta_i is a Jacobi theta function and K(k) is a complete elliptic integral of the first kind.

The first few multipliers in terms of l and k are

M_2(l,k) =

(28)

M_3(l,k) = (1-sqrt((l^3)/k))/(1-sqrt((k^3)/l)).

(29)

In terms of the u and v defined for modular equations,

M_3 = v/(v+2u^3)=(2v^3-u)/(3u)

(30)

M_5 = (v(1-uv^3))/(v-u^5)=(u+v^5)/(5u(1+u^3v))

(31)

M_7 = (v(1-uv)[1-uv+(uv)^2])/(v-u^7)

(32)

= (v^7-u)/(7u(1-uv)[1-uv+(uv)^2]).

(33)


REFERENCES:

Borwein, J. M. and Borwein, P. B. Pi & the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity. New York: Wiley, pp. 127-132, 1987.

Hanna, M. "The Modular Equations." Proc. London Math. Soc. 28, 46-52, 1928.

Ramanujan, S. "Modular Equations and Approximations to pi." Quart. J. Pure. Appl. Math. 45, 350-372, 1913-1914.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي