The Fourier series and the functional equation of the absolute modular invariant \(J(\tau)\). (Q2591196)

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English
The Fourier series and the functional equation of the absolute modular invariant \(J(\tau)\).
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    The Fourier series and the functional equation of the absolute modular invariant \(J(\tau)\). (English)
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    1939
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    Die absolute Invariante \(J(\tau)\) der Modulgruppe besitzt eine Fourierentwicklung von der Gestalt \[ 12^3 J(\tau ) = e^{-2\pi i \tau} + 744 + \sum_{n=1}^\infty c_n e^{2\pi i n \tau} \qquad (\Im \tau > 0). \tag{1} \] Verf. beweist \[ c_n = \frac {2\pi }{\sqrt{n}} \sum_{k=1}^\infty \frac {A_k (n)}k I_1 \left( \frac {4\pi\sqrt{n}}k\right), \tag{2} \] wo \[ A_k(n)= \sum_{_{\substack{ h \bmod k \\ (h,k) = 1 }}} e^{-\tfrac {2\pi i}k (nh + h^\prime)} \qquad (h h^\prime \equiv -1 \pmod{k}) \tag{3} \] und \(I_1 (z)\) eine gewisse Besselsche Funktion bezeichnet. Zum Beweise genügt es, zu zeigen, daß die rechte Seite von (1) mit den Werten \(c_n\) aus (2), (3) sich beim Übergang von \(\tau\) zu \(\dfrac {-1}\tau \) nicht ändert. Zu diesem Zwecke wird die Potenzreihe für die Besselsche Funktion \(I_1\) eingesetzt, es werden die Summen über \(k\) und \(n\) vertauscht, und es wird die entstehende innere Summe nach der Lipschitzschen Formel umgestaltet. So ergibt sich in etwas geänderter Bezeichnung: \[ 12^3 J(\tau ) = e^{- 2\pi i \tau } + e^{2\pi i \tfrac 1\tau} + 731 + \sum_{k=1}^\infty \lim_{M\to \infty} \sum_{_{\substack{ 1 \leqq |m| \leqq M \\ (m,k) = 1 }}} \left( e^{- 2\pi i L \tau } - e^{- 2\pi i L\infty }\right), \] wenn \(L = \begin{pmatrix} m^\prime & k^\prime \\ k & - m \end{pmatrix} \) eine Modulsubstitution angibt. (Der Ausdruck auf der rechten Seite ist aus der Darstellung Abelscher Integrale verständlich, die man durch Integration der Poincaréschen Reihen von der Dimension \(-2\) erhält.) Von dieser Formel gelangt Verf. zu einem in \(\tau\) und \( \dfrac {-1}\tau\) symmetrischen Ausdruck, für dessen Herstellung eingehende Konvergenzbetrachtungen erforderlich sind.
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