Racine carrée d'une série de Dirichlet

Bonjour, en étudiant les séries de Dirichlet je me suis posé une question peut-être sans intérêt mais à laquelle je n'arrive pas à encore à répondre.
Si $f(n)$ est une fonction multiplicative telle que $F(s)=\sum_{n>0}f(n)n^{-s}$ converge absolument dans le demi plan $\Re z>1$ existe-t-il une fonction multiplicative $g(n)$ telle que $G(s)=\sqrt{F(s)}=\sum_{n>0}g(n)n^{-s}$ converge aussi dans le demi plan $\Re z>1$?
C'est vrai pour zêta (j'ai vu que $\zeta^z$ était utilisée dans la méthode de Selberg-Delange) et je pense que c'est vrai si $f$ est complètement multiplicative en utilisant le produit d'Euler, mais quid du cas général? Si quelqu'un pouvait m'éclairer...

Réponses

  • Étant donnée une fonction multiplicative $f$, tu cherches donc une fonction multiplicative $g$ vérifiant $f = g \star g$, où $\star$ désigne le produit de convolution de Dirichlet. En appliquant cette identité sur les puissances primaires (ce qui est suffisant), il vient
    $$g(1) = 1 \quad \textrm{et} \quad f \left( p^\alpha \right) = \sum_{k=0}^\alpha g \left( p^k \right) g \left( p^{\alpha-k} \right) \quad \left( \alpha \in \mathbb{Z}_{\geqslant 1} \right).$$
    De proche en proche, on obtient
    $$g(p) = \tfrac{1}{2} f(p), \quad g \left( p^2 \right ) = \tfrac{1}{2} f \left( p^2 \right) - \tfrac{1}{8} \left( f(p) \right)^2 , \dotsc$$
  • Merci noix de totos. Jolie astuce d'élever au carré. Ce truc semble bien se généraliser à $F^r$ où $r=\frac{1}{m}$ avec $m>0$ entier et donc à $F^r$ où $r\in\Q$. La question se corse avec $r>0$ irrationnel.
  • Pour (essayer de) généraliser, il peut être intéressant de voir comment on a étendu la fonction $\zeta^k$ (définie comme ci-dessus) avec $k \in \mathbb{Z}_{\geqslant 1}$, à la fonction $\zeta^z$ où $z \in \mathbb{C}$ : l'élément générique $\tau_k \left( p^\alpha \right)$ étant égal à $\dbinom{k+\alpha - 1}{\alpha}$, on a naturellement utilisé la définition du coefficient binomial généralisé
    $${z \choose n} := \frac{1}{n!} \prod_{k=0}^{n-1} (z-k) \quad \left( z \in \mathbb{C}, \ n \in \mathbb{Z}_{\geqslant 1} \right)$$
    de sorte que l'on pose
    $$\tau_z \left( p^\alpha \right) := {z + \alpha - 1 \choose \alpha} \quad \left( p \ \textrm{premier}, \ \alpha \in \mathbb{Z}_{\geqslant 1}, \ z \in \mathbb{C} \right).$$
    ce qui permet d'en déduire une définition de $\zeta^z$ tout à fait analogue à celle de $\zeta^k$.

    Ainsi, pouvoir généraliser à la fonction $F^r$ avec $r$ réel (ou complexe) quelconque nécessite d'avoir une forme particulière de $f \left( p^\alpha \right)$. Dans le cas contraire, il me semble difficile de définir $F^r$ correctement.
  • Remerci noix de toto. Et si on prennait le coefficient multinomial généralisé? Le but étant de voir ce que donne
    $$(1+f(p)p^{-s}+f(p^2)p^{-2s}+...)^r$$
    Grossièrement si pour $m$ entier fixé je note $f(p^{m+1})p^{-(m+1)s}+f(p^{m+2})p^{-(m+2)s}+...=R_m(s)$ on doit évaluer

    $$(1+f(p)p^{-s}+...+f(p^{m})p^{-ms}+R_m(s))^r$$

    il me semble qu'on obtient en utilisant un développement multinomial quelque chose comme $1+h_1(p)p^{-s}+...+h_m(p)p^{-ms}+Q_m(s)$ le reste $Q_m$ étant "petit" et les $h_i$ des fonctions de $f(p),..,f(p^i)$. En faisant tendre $m$ vers l'infini, de proche en proche on déterminerait $h_m$ et on aurait alors un produit eulérien pour $F^r$. Je n'ai pris aucune précaution de convergence pour dire ça!
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