1. 前言
Rogers-Ramanujan型连分数不仅具有优美的数学结构,还与超几何函数、椭圆积分、模等式等数学分支紧密相关,在数论、统计学、代数学以及组合分拆理论等领域有重要应用。发现和证明新的Rogers-Ramanujan型恒等式始终是一个非常活跃的课题。在2010年,Helmut Prodinger [1]利用递归关系:
,(
)和数学归纳法对Rogers-Ramanujan型连分数进行研究。在2011年,Nancy S. S. Gu和Helmut Prodinger [2]运用同样的递归关系对大量的Rogers-Ramanujan型恒等式进行研究,得到了许多Rogers-Ramanujan型恒等式的连分数展开,总计18个结果。在2013年,Kamilla Oliver和Helmut Prodinger [3]根据小分拆定理推导出7个Rogers-Ramanujan型连分数展开式。在2023年,蔡华蓉[4]对上述结果之一进行了修正。在2025年,张英凡[5]对Rogers-Ramanujan型恒等式进行研究,并利用新的递归关系:
得到了一个Rogers-Ramanujan型恒等式的连分数展开。
本文利用两个已知Rogers恒等式[6],运用递归关系
和数学归纳法,构造出一个Rogers-Ramanujan型连分数。
为了方便,本节对后续内容中所用到的定义做如下说明。
定义1.1
特别地,当
时
2. 主要结论及证明
在本节中,首先给出以下两个恒等式:
Rogers恒等式1:
Rogers恒等式2:
引理2.1 (Guarticle 2)设
则
(1)
我们使用上述两个恒等式,首先定义出两个幂级数
和
,构造幂级数
,和数
以满足递归关系
,由此求出幂级数
,和数
,并由数学归纳法进行证明。从而构造出新的Rogers-Ramanujan型连分数。
定理2.1 设
则
(2)
证明 令幂级数
,首先根据递归关系式
求出幂级数
的前七项
以及对应的数列
的前五项
,其中取数列
为
,再猜测幂级数
和数
,最后用数学归纳法证明。其中记幂级数
中
项的系数为
当
时,有
,其中取
。
对于
的系数有
则可得
对于
的系数有
(3)
则可得
即
当
时,有
,其中取
。
对于
的系数有
则可得
对于
的系数有
(4)
则可得
即
当
时,有
,其中取
。
对于
的系数有
则可得
对于
的系数有
(5)
则可得
即
当
时,有
,其中取
。
对于
的系数有
则可得
对于
的系数有
(6)
则可得
即
当
时,有
,其中取
。
对于
的系数有
则可得
对于
的系数有
(7)
则可得
即
当
时,有
,其中取
。
对于
的系数有
则可得
对于
的系数有
(8)
则可得
即
综上可猜测辅助级数
和数
,
(9)
接下来证明猜测的辅助级数
和数
,
满足递归关系式
,即证
对于
。当
时,等式成立。
当
时,
(10)
(11)
对于
。当
时,等式成立。
当
时,
(12)
(13)
则上述递归关系式成立。
将
,
代入得
化简得
证毕。
特别地,在定理2.1中,取
可得
(14)
注:以上结果在其他文献中并无发现,故为新的连分数。