雅可比三重乘积

雅可比三重乘积是由德国数学家卡尔·雅可比在对theta函数和q-模拟的研究中发现的有关一个三重无穷乘积的恒等式，形如

${\displaystyle \prod _{k=1}^{\infty }(1-q^{2k})(1+q^{2k-1}z^{-2})(1+q^{2k-1}z^{+2})=\sum _{k=-\infty }^{\infty }q^{k^{2}}z^{2k}}$

其中${\displaystyle q<|1|}$在单位圆盘内，而${\displaystyle z\neq 0}$非零。 它也可以用Q-函数或者q-珀赫哈默尔符号描述，

${\displaystyle Q_{1}Q_{2}Q_{3}=1}$

证明

考虑恒等式

${\displaystyle q^{\begin{pmatrix}k+1\\2\end{pmatrix}}\prod _{j=1}^{\infty }1/({1-q^{j}})=\sum _{j=0}^{\infty }(s^{k+j})\prod _{m=1}^{\infty }(1+sq^{m})\left[t^{j}\prod _{n=1}^{\infty }(1+tq^{n})+t^{j-1}\prod _{n=1}^{\infty }(1+tq^{n})\right]}$ 

立刻就有

${\displaystyle q^{\begin{pmatrix}k+1\\2\end{pmatrix}}\prod _{j=1}^{\infty }1/({1-q^{j}})=\sum _{j=0}^{\infty }(1+t)(s^{k+j}t^{j})\prod _{m=1}^{\infty }(1+sq^{m})(1+tq^{m})=\sum _{j=0}^{\infty }(s^{k+j}t^{j})\prod _{m=1}^{\infty }(1+sq^{m})(1+tq^{m-1})}$ 

考虑令${\displaystyle u=st}$ ，则原式可改写为

${\displaystyle q^{\begin{pmatrix}k+1\\2\end{pmatrix}}\prod _{j=1}^{\infty }1/({1-q^{j}})=s^{k}\sum _{j=0}^{\infty }u^{j}\prod _{m=1}^{\infty }(1+sq^{m})(1+uq^{m-1}/s)}$ 

因此

${\displaystyle q^{\begin{pmatrix}k+1\\2\end{pmatrix}}\prod _{j=1}^{\infty }1/({1-q^{j}})=s^{k}\prod _{m=1}^{\infty }(1+sq^{m})(1+sq^{m-1})}$ 

利用对称性，令${\displaystyle s=1/s}$ ，又有

${\displaystyle q^{\begin{pmatrix}1-k\\2\end{pmatrix}}\prod _{j=1}^{\infty }1/({1-q^{j}})=s^{-k}\prod _{m=1}^{\infty }(1+sq^{m})(1+q^{m-1}/s)}$ 

再考虑对${\displaystyle k}$ 的双边无穷求和，

${\displaystyle \sum _{k=-\infty }^{\infty }s^{k}q^{\begin{pmatrix}k+1\\2\end{pmatrix}}\prod _{j=1}^{\infty }1/({1-q^{j}})=\prod _{m=1}^{\infty }(1+sq^{m})(1+q^{m-1}/s)}$ 

因此，进一步地

${\displaystyle \sum _{k=-\infty }^{\infty }s^{k}q^{\begin{pmatrix}k+1\\2\end{pmatrix}}=\prod _{m=1}^{\infty }(1-q^{m})(1+sq^{m})(1+q^{m-1}/s)}$ 

令${\displaystyle q=q^{2}}$ 且${\displaystyle sq=z}$ ，恒等式得证。