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Riemann zeta 函数

ζ(s)Σ 1/n² = π²/6 出发,经解析延拓走向整个复平面。 两张面孔:临界带的域着色图,与临界线上的 Hardy Z(t) 曲线—— 它穿过原点的地方,就是黎曼猜想讨论的零点。

f(s)

解析延拓
临界带 ζ(s)

探针

s(悬停)
f(s)
|f(s)|
arg f(s)

色相绕一整圈 = 辐角走过 2π;亮暗环每出现一次,|f| 跨过一个 e 的整数次幂。 黑点 = 零点,白点 = 极点。

账本

视口内零点
视口内极点
渲染耗时

ζ 是怎么算出来的

ζ(s) = Σ 1/nˢ 这个级数只在 Re s > 1 收敛。 要画出整张平面,需要三段接力:

  1. Re s > 0(s≠1)。用 Dirichlet η 级数 ζ = η/(1−21−s),配 Borwein 加速——48 项就到 1e-12 精度。
  2. Re s ≤ 0。反射公式 ζ(s) = 2ˢπs−1sin(πs/2)Γ(1−s)ζ(1−s),把问题弹回右半平面。
  3. s = 1。唯一的极点,ζ → ∞,图上是一个白点。

ζ(−1) = −1/12 是真的吗

  • 级数 1+2+3+⋯ 发散,在任何通常意义下都不等于 −1/12。
  • −1/12 是 ζ(s) 解析延拓后在 s=−1 的函数值——把「Σn」的记号滥用一步,才得到这个网红等式。
  • 它在物理学里有真用处:Casimir 效应、玻色弦理论的临界维度 26 都从这里来。
  • 本页探针悬停 s=−1 可以亲手验证:ζ(−1) = −0.0833… = −1/12。

为什么临界线要换用 Z(t)

ζ(1/2+it) 本身是复值曲线,「穿过原点」不易看清。乘上相位因子 eiθ(t)(θ 来自 Γ 函数)后得到的 Hardy Z(t) 是实函数,且 |Z|=|ζ|——零点变成干脆的变号,二分法即可精修。