User:Triethylamine/draft: リーマンゼータ関数と調律
This is a draft of JP translation of The Riemann zeta function and tuning.
リーマンゼータ関数は有名な数学関数であり、200年もの間未解決の素数の分布に関する問題である、リーマン予想との関係がよく知られている。しかし、平均律の「倍音性」を測定するという驚くべき音楽的解釈もある。簡単に言うと、ある意味でゼータ関数は、与えられた平均律が倍音列、それどころか「無限リミット純正音程」までの全ての有理数までもに対し、どの程度近似しているかを示してくれる。
その結果、ゼータ関数は解析的整数論への使用が最もよく知られているが、調律論の背景にも常に存在している──調和エントロピーはゼータ関数のフーリエ変換に関連する可能性があることを示している。また、無限リミットまで拡張すると、種々の調律論的な計量から、ゼータ関数と関連する式が得られる。時々、これらはゼータ関数のシンプルな式から導出できる「素数ゼータ関数」を基準にされることもある。
以下の文の多くはGene Ward Smithの洞察のおかげである。以下の内容の初めはSmithの行ったオリジナルの導出であり、その後に、Smithの結果の一部を拡張した、Mike Battagliaによる別の導出が続く。
Gene Smithによるオリジナルの導出
導出の準備
x をオクターヴの等分割を表す変数であるとする。例えば、x = 80 の場合、x は 15 セントのステップ サイズと純正なオクターヴを持つ80平均律であることを表す。x は連続値でも良く、分数または「非オクターヴ」の分割も表すことができるとする。ボーレン・ピアース・スケール (en) (3/1 の13等分)は、「オクターヴ」の約 8.202 等分であり(ただし、オクターヴ自体はこのチューニングには現れない)、したがって、x = 8.202 の値で表される。
ここで ||x|| を、x と x に最も近い整数との差を表すものとする。例えば、 ||8.202|| は 8.202 と最も近い整数である 8 との差であるため、0.202 となる。||7.95|| は 7.95 と最も近い整数である 8 との差なので 0.05 となる。数学的には、||x|| は床関数 floor() を用いて関数 |x - floor(x + 1/2)| と表せる。
どのような x の値に対しても、p-リミット一般化パテントヴァル (en) (generalized patent val)を構成できる。具体的には、p 以下の素数 q について、log2(q) × x を最も近い整数に丸めたものが、q に対応する値となる。つまり floor(x log2(q) + 1/2) である。
ここで、以下の関数を考える。[math]\mathbb{P}[/math] を素数全体の集合とする。
- [math]\displaystyle \xi_p(x) = \sum_{q \in \mathbb{P} \\ q \le p} \left(\frac{||x \log_2 q||}{\log_2 q}\right)^2[/math]
この関数には、関連する一般化パテントヴァルに対応する局所的極小値がある。極小値は、関連するヴァルのオクターヴのTenney-ユークリッド調律である x の値に対して発生する。一方、これらの極小値における ξ の値は、ヴァルのTenney-ユークリッド相対誤差の 2 乗であり、TE誤差とTE複雑度の積に等しい。「TE単純悪さ」として知られていることもある。
ここで、特定の素数リミットの式ではなく、すべての素数に適用される式が必要だとする。上式は収束しないため、無限和にすることはできない。しかし、重み係数をべき乗に変更すると収束するようになる。
- [math]\displaystyle \sum_{q \in \mathbb{P}} \frac{||x \log_2 q||^2}{q^s}[/math]
(以下未推敲)
s が 1 より大きい場合、これは収束する。ただし、いくつかの調整が必要になる場合があります。まず、調整が一貫しているほど誤差が十分に低い場合、素数の 2 乗の誤差は素数の 2 倍になり、3 乗の誤差は 3 倍になり、誤差が一貫性がなくなるまで続きます。重み付けに対数が使用され、誤差測定値が一貫している場合、対数重み付けによってこの効果が打ち消されるため、素数べき乗が暗黙的にテニーユークリッド測定値に含まれていると考えることができます。各素数べき乗 p^n に 1/n の係数を追加することで、それらを含めることができます。これを実行した結果を記述するためのやや独特ですが便利な方法は、フォン マンゴルト関数を使用したものです。これは、素数べき乗 p^n では ln p に等しく、その他の場合は 0 となる正の整数の算術関数です。これは、大文字のラムダを使用して Λ(n) として記述され、これに関して、誤差関数に素数べき乗を次のように含めることができます。