Bernoullin luku

Bernoullin luvut ovat rationaalilukujono, jolla on suuri merkitys lukuteoriassa. Ensimmäiset Bernoullin luvut ovat:
formula_1
On kaksi eri tapaa määritellä Bernoullin luvut. Määritelmät eroavat vain luvun "B"1 kohdalla: "B"1 on joko - tai . Ensimmäisessä tapauksessa on kysymyksessä ensimmäiset Bernoullin luvut ja jälkimmäisessä toiset Bernoullin luvut. Koska Bernoullin luvut, joiden indeksi on pariton ja suurempi kuin 1 ovat nollia, käsitellään monesti vain lukuja "B"2n, joita joissakin teksteissä merkitään harhaanjohtavasti "B"n, kun itse asiassa tarkoitetaan lukua "B"2n. Tämä voi johtaa sekaannuksiin; mikäli on tarpeellista käyttää vain lukuja "B"2n, voi käyttää vaihtoehtoista merkintää formula_2.
Bernoullin luvut esiintyvät tangenttifunktion ja hyperbolisen tangenttifunktion Taylorin sarjakehitelmässä, "n":n ensimmäisen kokonaisluvun potenssisummien kaavoissa, Eulerin-Maclaurinin kaavassa ja eräiden Riemannin zeta-funktion arvojen lausekkeissa.
Ne on nimetty 1600-luvulla eläneen kehittäjänsä Jakob Bernoullin mukaan.
Historia.
Bernoullin lukujen keksiminen juontaa juurensa ongelmaan kokonaislukupotenssien summan laskemisesta, mikä on kiinnostanut matemaatikkoja antiikin ajoista lähtien. 
Aluksi tunnettiin tapoja laskea "n":n ensimmäisen kokonaisluvun, "n":n ensimmäisen neliön ja "n":n ensimmäisen kuutioluvun summa, mutta ei varsinaisia kaavoja, vain puhtaasti sanallisia kuvauksia. Varhaisista matemaatikoista tätä ongelmaa ovat miettineet ainakin Pythagoras, Arkhimedes, Aryabhata, Abu Bakr al-Karajidi ja Abu Ali al-Hasan ibn al-Hasan ibn al-Haytham.
Thomas Harriot (n. 1560–1621) on ilmeisesti ensimmäinen, joka johti ja kirjoitti kaavat symbolisessa muodossa, mutta hän etsi kaavat vain neljänsien potenssien summaan asti. Vuonna 1631 julkaistussa Academia Algebraessa Johann Faulhaber esitti kaavat potenssien summille polynomimuodossa aina 17. potenssiin asti ja mainitsi etsineensä kaavat 25. potenssiin asti. Nämäkin kaavat ovat teoksessa, tosin salakirjoitusmuodossa. Donald E. Knuth arvelee olevansa ensimmäinen, joka ratkaisi Faulhaberin koodin ja sanoo kaavojen olleen oikein 23. potenssiin asti. Kuitenkaan Faulhaberkaan ei keksinyt yleistä sääntöä. 
Sveitsiläinen matemaatikko Jakob Bernoulli (1654-1705) oli ensimmäinen, joka huomasi yksittäisen lukujonon, joka tarjoaisi tavan muodostaa yleisen kaavan potenssisummille. Ensimmäinen julkaisu Bernoullin luvuista on Bernoullin hänen kuolemansa jälkeen, vuonna 1713 julkaistussa Ars Conjectandissa. 
Kuvan otteessa kirjasta näkyy sivun alemmassa puoliskossa Bernoullin löytämä kaava. Siinä käytetyt merkinnät kuitenkin poikkeavat useissa kohdissa nykyisistä. Niinpä Bernoulli käyttää merkintöjä A, B C ja D modernin merkintätavan mukaisista luvuista B2, B4, B6 ja B8. Lausekkeessa c·c−1·c−2·c−3 esiintyvät pisteet ovat erottamassa kertolaskun termejä c, c-1, c-2 ja c-3; nykyisin se kirjoitettaisiin c·(c−1)·(c−2)·(c−3). Modernia termejä käyttäen kyseessä on siis laskeva kertoma, jolle käytetään myös merkintää formula_3. Myöskään kertomamerkintää ei vielä tuolloin käytetty. Integraalin merkki on peräisin Leibniziltä, joka käytti sitä merkitsemään summaa. Oheisella sivulla Bernoullin käyttämänä esimerkiksi merkintä formula_4 tarkoittaa summaa formula_5. Niinpä nykyaikaisin merkinnöin Bernoullin kaava kirjoitettaisiin: 
 formula_6
Tätä voidaan vielä yksinkertaistaa käyttämällä edellä määriteltyjä "toisia Bernoullin lukuja", jolloin formula_7. Lisäksi voidaan vielä todeta, että laskeva kertoma formula_3 saa arvolla "k"=0 arvon formula_9.&lt;/ref&gt;&lt;/ref&gt; Näin ollen Bernoullin kaava yksinkertaistuu muotoon:
 formula_10
Oheisella Bernoullin teoksen sivulla on kuitenkin virhe: summan formula_11 (eli formula_12) lausekkeessa viimeisen termin tulisi olla formula_13, ei formula_14.
Bernoullin tyytyväisyys nopeaan tapaan määrittää kertoimet n ensimmäisen kokonaisluvun c:nsien potenssien summalle, jokaiselle kokonaisluvulle c näkyy seuraavasta kommentista: 
"Tämän taulukon avulla sain laskettua alle puolessa neljännestunnissa, että 1000 ensimmäisen luvun kymmenien potenssien summa on 91409924241424243424241924242500.”
Bernoullin luvut voidaan määritellä generoivan funktion avulla:
formula_15
Ensimmäiset Bernoullin luvut.
Tässä taulukossa on vain Bernoullin luvut B2n, koska parittomilla indekseillä Bn on 0, lukuun ottamatta lukua B1, jonka arvo on sopimuksesta riippuen joko - tai 
Bernoullin luvut ja Riemannin zeta-funktio.
Bernoullin luvuilla on yhteyksiä Riemannin zeta-funktion arvoihin, Bernoullin luvut voidaan ilmoittaa Riemannin zeta-funktion avulla
formula_16
Riemannin zeta-funktion arvot formula_17 voidaan ilmoittaa yksinkertaisella lausekkeella Bernoullin lukujen avulla, kun n on negatiivinen kokonaisluku tai parillinen positiivinen kokonaisluku: parillisille positiivisille kokonaisluvuille 2"n"
formula_18
ja negatiivisille kokonaisluvuille pätee 
formula_19, kun ,
Kiinteästä yhteydestä kertoo myös se, että Riemannin hypoteesi voidaan muotoilla uudelleen Bernoullin lukuja käyttäen. Marcel Riesz todisti vuonna 1916 seuraavan hypoteesin olevan yhtäpitävä Riemannin hypoteesin kanssa:
Jokaiselle luvulle "ε" &gt; 1/4 on olemassa ("ε":sta riippuva) vakio "C""ε" &gt; 0 siten, että |"R"("x")| &lt; "C"ε "x"ε kun "x" → ∞.
Merkintä "R"("x") tarkoittaa Rieszin funktiota
 formula_20
Tässä formula_21 tarkoittaa nousevaa kertomaa, käyttäen Donald E. Knuthin esittämää merkintää.