14
Experimental Evaluation of Euler Sums David H. Bailey, Jonathan M. Borwein and Roland Girgensohn CONTENTS 1. Introduction 2. Numerica l Techniques 3. Experimental Setup and Optimizations 4. Integer Relation Detection Algorithms 5. Applications of the PSLQ Algorithm 6. Experimental Results 7. Conjectures Acknowledgments References Euler express ed certain sums of the form , where  and  are posi tive integers, in terms of the Riemann zeta function. In [Borwein et al. 1993], Euler’s results were extended to a signicantly larger class of sums of this type, including sums with alternating signs. This research was facilitated by numerical computations us- ing an algorithm that can determine, with high condence, whether or not a particular numerical value can be expressed as a rational linear combination of several given constants. The present paper presents the numerical techniques used in these computations and lists many of the experimental results that have been obtained. 1. INTRODUCTION

Experimental Evaluations of Euler Sums

Embed Size (px)

Citation preview

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 1/14

Experimental Evaluation of Euler SumsDavid H. Bailey, Jonathan M. Borwein and Roland Girgensohn

CONTENTS

1. Introduction

2. Numerical Techniques

3. Experimental Setup and Optimizations

4. Integer Relation Detection Algorithms

5. Applications of the PSLQ Algorithm

6. Experimental Results

7. Conjectures

Acknowledgments

References

B o r w e i n w a s s u p p o r t e d b y N S E R C a n d t h e S h r u m E n d o w m e n t    

a t S i m o n F r a s e r U n i v e r s i t y .  

G i r g e n s o h n w a s s u p p o r t e d b y a D F G f e l l o w s h i p .  

Euler expressed certain sums of the form

X   

k  = 1 

 

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

(   k   + 1 )  

  n  ,

where m     and n    are positive integers, in terms of the Riemann

zeta function. In [Borwein et al. 1993], Euler’s results were

extended to a significantly larger class of sums of this type,

including sums with alternating signs.

This research was facilitated by numerical computations us-

ing an algorithm that can determine, with high confidence,

whether or not a particular numerical value can be expressed

as a rational linear combination of several given constants. The

present paper presents the numerical techniques used in these

computations and lists many of the experimental results that

have been obtained.

1. INTRODUCTION

I n r e s p o n s e t o a l e t t e r f r o m G o l d b a c h , E u l e r c o n -    

s i d e r e d s u m s o f t h e f o r m        

X   

k  = 1 

  

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

(   k   + 1 )  

  n 

a n d w a s a b l e t o g i v e e x p l i c i t v a l u e s f o r c e r t a i n o f    

t h e s e s u m s i n t e r m s o f t h e R i e m a n n z e t a f u n c t i o n      

    (   t  ) =    

P   

k  = 1 

k   

  t 

. F o r e x a m p l e , E u l e r f o u n d a n      

e x p l i c i t f o r m u l a f o r t h e c a s e    m    

= 1 , n        

2 . L i t t l e    

h a s b e e n d o n e o n t h i s p r o b l e m i n t h e i n t e r v e n i n g      

y e a r s ( s e e B e r n d t 1 9 8 5 ] f o r s o m e r e f e r e n c e s ) .  

I n A p r i l 1 9 9 3 , E n r i c o A u - Y e u n g , a n u n d e r g r a d -    

u a t e a t t h e U n i v e r s i t y o f W a t e r l o o , b r o u g h t t o t h e    

a t t e n t i o n o f o n e o f u s t h e c u r i o u s f a c t t h a t    

X   

k  = 1 

  

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

k   

  2 

= 4  :  5 9 9 8 7      

: : : 

    

1 7   

4  

   ( 4 ) =        

1 7      

3 6 0  

c  

  A K P e t e r s , L t d .  

1 0 5 8 - 6 4 5 8 / 9 6 $ 0 . 5 0 p e r p a g e    

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 2/14

18 Experimental Mathematics, Vol. 3 (1994), No. 1

b a s e d o n a c o m p u t a t i o n t o 5 0 0 , 0 0 0 t e r m s . T h i s    

a u t h o r ' s r e a c t i o n w a s t o c o m p u t e t h e v a l u e o f t h i s    

c o n s t a n t t o a h i g h e r l e v e l o f p r e c i s i o n i n o r d e r t o    

d i s p e l t h i s c o n j e c t u r e . S u r p r i s i n g l y , a c o m p u t a t i o n      

t o 3 0 a n d l a t e r t o 1 0 0 d e c i m a l d i g i t s s t i l l a r m e d      

i t . ( U n k n o w n t o u s a t t h a t t i m e , d e D o e l d e r 1 9 9 1 ]  

h a d p r o v e d a r e l a t e d r e s u l t f r o m w h i c h t h e a b o v e    

i d e n t i t y f o l l o w s . )    

I n t r i g u e d b y t h i s e m p i r i c a l r e s u l t , w e c o m p u t e d      

n u m e r i c a l v a l u e s f o r s e v e r a l o f t h e s e a n d s i m i l a r    

s u m s , w h i c h w e h a v e t e r m e d E u l e r s u m s . W e t h e n      

a n a l y z e d t h e s e v a l u e s b y a t e c h n i q u e , p r e s e n t e d b e -    

l o w , t h a t p e r m i t s o n e t o d e t e r m i n e , w i t h a h i g h      

l e v e l o f c o n d e n c e , w h e t h e r a n u m e r i c a l v a l u e c a n      

b e e x p r e s s e d a s a r a t i o n a l l i n e a r c o m b i n a t i o n o f    

s e v e r a l g i v e n c o n s t a n t s . T h e s e e o r t s p r o d u c e d      

e v e n m o r e e m p i r i c a l e v a l u a t i o n s , s u g g e s t i n g b r o a d      

p a t t e r n s a n d g e n e r a l c o n j e c t u r e s . U l t i m a t e l y w e    

f o u n d p r o o f s f o r m a n y o f t h e s e e x p e r i m e n t a l r e -    

s u l t s .  

T h e c l a s s e s o f E u l e r s u m s t h a t w e w i l l c o n s i d e r    

a r e l i s t e d i n T a b l e 1 . E x p l i c i t e v a l u a t i o n s o f s o m e    

o f t h e c o n s t a n t s i n t h e s e c l a s s e s a r e p r e s e n t e d w i t h      

p r o o f s i n B o r w e i n a n d B o r w e i n 1 9 9 4 ] a n d B o r -    

w e i n e t a l . 1 9 9 4 ] . T a b l e 2 c o n t a i n s a s u m m a r y    

o f t h e s e r e s u l t s , i n c l u d i n g s o m e a l r e a d y k n o w n t o    

E u l e r . R e s u l t s f o r a l t e r n a t i n g s u m s a r e a l s o g i v e n      

i n B o r w e i n e t a l . 1 9 9 4 ] .  

V a r i a n t s o f t h e s u m s d e n e d i n T a b l e 1 c a n b e    

e v a l u a t e d b y u s i n g t h e s e r e s u l t s . F o r e x a m p l e , f o r    

a l l m         

1 a n d      n        

2 o n e c a n w r i t e    

X   

k  = 1 

 

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

k   

  n 

=    

X   

k  = 0 

 

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

(   k   + 1 )  

 

(   k   + 1 )  

  n 

=    

X   

k  = 1 

 

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

(   k   + 1 )  

  n 

+    

X   

k  = 1 

k   

  m    n 

=        

(  m ; n    ) +    

   (   m     +     n    )   : 

s  

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

 

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

(   k   + 1 )  

  n 

f o r  m          1  

; n        2  

s  

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

 

1       

1  

2  

+      

+    

(       1 )  

k  + 1 

k   

 

(   k   + 1 )  

  n 

f o r  m          1  

; n        2  

a   

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

 

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

(       1 )  

k  + 1 

(   k   + 1 )  

  n 

f o r  m          1  

; n        1  

a   

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

 

1       

1  

2  

+      

+    

(       1 )  

k  + 1 

k   

 

(       1 )  

k  + 1 

(   k   + 1 )  

  n 

f o r  m          1  

; n        1  

   

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

 

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

(   k   + 1 )  

  n 

f o r  m          1  

; n        2  

   

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

 

1       

1  

2  

+      

+    

(       1 )  

k  + 1 

k   

 

(   k   + 1 )  

  n 

f o r  m          1  

; n        2  

   

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

 

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

(       1 )  

k  + 1 

(   k   + 1 )  

  n 

f o r  m          1  

; n        1  

   

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

 

1       

1  

2  

+      

+    

(       1 )  

k  + 1 

k   

 

(       1 )  

k  + 1 

(   k   + 1 )  

  n 

f o r  m          1  

; n        1  

TABLE 1. D e n i t i o n s o f t h e E u l e r s u m s c o n s i d e r e d .  

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 3/14

Bailey, Borwein and Girgensohn: Experimental Evaluation of Euler Sums 19

s  

( 2  ; 

2 ) =    

  ( 4 ) +        

  

( 2 ) =        

1 1 

3 6 0 

   

s  

( 2  ; 

4 ) =    

  ( 6 )  

    

  ( 2 )  

  ( 4 ) +        

  

( 2 )         

( 3 ) =        

3 7 

2 2 6 8 0  

   

       

( 3 )  

   

( 2  ; 

2 ) =    

  

( 2 )      

  ( 4 ) =        

1 2 0 

   

   

( 2  ; 

4 ) =         6     

( 6 ) +        

  ( 2 )  

  ( 4 ) +        

  

( 3 ) =          

( 3 )      

2 8 3 5  

   

s  

( 1   ; n    ) =       

( 1   ; n    ) =    

n   (   n   

+ 1 )      

n    2 

P  

k  = 1 

   (   n         k    )      (   k   + 1 )  

s  

( 2   ; n    ) =    

n    (   n   + 1 )  

   (   n   + 2 ) +        

  ( 2 )  

   (   n    )       

n   

n    2 

P  

k  = 0 

   (   n         k    )      (   k   + 2 )  

+    

n    2 

P  

k  = 2 

   (   n         k    )  

k    1 

P  

j  = 1 

   (    j  + 1 )  

   (   k   + 1  

      j  ) +    

   

( 2   ; n   )  

   

( 2  ;  2   n        

1 ) =        

2   n   

+     n   + 1  

  ( 2  

n   + 1 ) +        

  ( 2 )  

  ( 2  

n        1 ) +    

n    1 

P  

k  = 1 

2  k    ( 2  

k   + 1 )  

  ( 2  

n         2   k    )  

s  

( 2  ;  2   n        

1 ) =    

( 2  n   

     7    n        3 )  

  ( 2  

n   + 1 ) +        

  ( 2 )  

  ( 2  

n        1 )  

    

n    2 

P  

k  = 1 

( 2  k        

1 )    

( 2  n         1        2   k    )     

( 2  k   

+ 2 )  

+    

n    2 

P  

k  = 1 

  ( 2  

k   + 1 )  

n    2    k 

P  

j  = 1 

  ( 2  

 j  + 1 )  

  ( 2  

n         1        2   k         2    j   )  

f o r  m     o d d ,   n    e v e n :  

   

(  m ; n    ) =    

 

m  +  n 

 

     1  

 

   (   m     +     n   ) +    

   (   m     )      (   n    )       

m  +  n 

P  

j  = 1 

 

2  j    2 

m    1 

 

+    

 

2  j    2 

n    1 

 

  ( 2  

 j       1 )  

   (   m     +     n         2    j  + 1 )  

f o r  m     e v e n ,   n    o d d :  

   

(  m ; n    ) =    

    

 

m  +  n 

 

+ 1  

 

   (   m     +     n   ) +    

m  +  n 

P  

j  = 1 

 

2  j    2 

m    1 

 

+    

 

2  j    2 

n    1 

 

  ( 2  

 j       1 )  

   (   m     +     n         2    j  + 1 )  

TABLE 2. S o m e e x p l i c i t e v a l u a t i o n s o f E u l e r s u m s    

S i m i l a r l y , l e t    h   

=    

P   

j  = 1 

 j  

  1 

a n d   h   

= 0 . T h e n ,  

f o r a l l  n        

2 , 

X   

k  = 1 

 

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

k   

  n 

=    

X   

k  = 0 

h   

k  + 1 

(   k   + 1 )  

  n 

=    

X   

k  = 0 

 

h   

+    

1  

k   + 1  

 

(   k   + 1 )  

  n 

=    

X   

k  = 0 

h   

(   k   + 1 )  

  n 

+ 2  

X   

k  = 0 

h   

(   k   + 1 )  

  n    1 

+    

X   

k  = 0 

(   k   + 1 )  

  n    2 

=     s  

( 2   ; n    ) + 2  s  

( 1   ; n    + 1 ) +           (   n   

+ 2 )  : 

2. NUMERICAL TECHNIQUES

I t i s n o t e a s y t o n a v e l y c o m p u t e n u m e r i c a l v a l -    

u e s o f a n y o f t h e s e E u l e r s u m s t o h i g h p r e c i s i o n .  

S t r a i g h t f o r w a r d e v a l u a t i o n u s i n g t h e d e n i n g f o r -    

m u l a s , t o s o m e u p p e r l i m i t f e a s i b l e o n p r e s e n t - d a y      

c o m p u t e r s , y i e l d s o n l y a b o u t e i g h t d i g i t s a c c u r a c y .  

B e c a u s e t h e i n t e g e r r e l a t i o n d e t e c t i o n a l g o r i t h m        

d e s c r i b e d i n S e c t i o n 4 r e q u i r e s m u c h h i g h e r p r e c i -    

s i o n t o o b t a i n r e l i a b l e r e s u l t s , m o r e a d v a n c e d t e c h -    

n i q u e s m u s t b e e m p l o y e d .  

W e p r e s e n t h e r e a r e a s o n a b l y s t r a i g h t f o r w a r d      

m e t h o d t h a t i s g e n e r a l l y a p p l i c a b l e t o a l l E u l e r    

s u m s d i s c u s s e d i n t h i s p a p e r . I t i n v o l v e s t h e c o m -    

p o u n d a p p l i c a t i o n o f t h e E u l e r { M a c l a u r i n s u m m a -    

t i o n f o r m u l a A b r a m o w i t z a n d S t e g u n 1 9 7 2 , p . 8 0 6 ;  

A t k i n s o n 1 9 8 9 , p . 2 8 9 ; K n u t h 1 9 7 3 , p . 1 0 8 ] , w h i c h      

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 4/14

20 Experimental Mathematics, Vol. 3 (1994), No. 1

c a n b e s t a t e d a s f o l l o w s . S u p p o s e    f    (   t  

) h a s a t l e a s t    

2    p   + 2 c o n t i n u o u s d e r i v a t i v e s o n (    a ; b   ) . L e t    

D    b e  

t h e d i e r e n t i a t i o n o p e r a t o r , l e t    B    

d e n o t e t h e    k   

- t h   

B e r n o u l l i n u m b e r , a n d l e t    B    

(    ) d e n o t e t h e    

k   - t h   

B e r n o u l l i p o l y n o m i a l . T h e n      

X   

j  =  a 

f    (    j  ) =    

Z  

f    (   t   )  d t  

+    

(   f    (   a   ) +    

f    (   b  ) )  

+    

 p 

X   

j  = 1 

B    

2  j 

( 2   j  

) ! 

(   D    

2  j    1 

f    (   b   )        D    

2  j    1 

f    (   a   ) )  

+     R    

 p 

(  a ; b  

)   ; (2.1)

w h e r e t h e r e m a i n d e r    R    

 p 

(  a ; b   ) i s g i v e n A t k i n s o n      

1 9 8 9 , p . 2 8 9 ] b y      

R    

 p 

(  a ; b   ) =    

     1  

( 2   p   

+ 2 ) !  

Z  

B    

2   p  + 2 

(   t          t  ] )  

D    

2   p  + 2 

f    (   t   )  d t : 

W e w i l l s t a r t b y d e m o n s t r a t i n g t h e m e t h o d i n      

t h e c o m p u t a t i o n o f    s  

(  m ; n    ) . L e t    

h    (   k   ) =    

P   

j  = 1 

 j  

  1 

a n d   f    (   t  

) =    t  

  1 

. N o t e t h a t l i m        

k  ! 1 

(   h    (   k    )       l n   

k   ) i s E u -    

l e r ' s c o n s t a n t       

. B y ( 2 . 1 ) ,  

h    (   k   ) = l n      

k    +    

+    

k   

  1 

+    

 p 

P   

j  = 1 

B    

2  j 

2   j k   

2  j 

    

 p 

P   

j  = 1 

B    

2  j 

2    j  

+     R    

 p 

( 1   ; k   )   : 

S i n c e    j  B    

2  k 

(   t   )  j j 

B    

2  k 

j f o r a l l  

k   a n d f o r    

j  t  j     

1  

A b r a m o w i t z a n d S t e g u n 1 9 7 2 , p . 8 0 5 ] , t h e r e m a i n -    

d e r  R    

 p 

( 1   ; k    ) h a s a w e l l - d e n e d l i m i t    R    

 p 

( 1  ;  1     

) a s  k   

a p p r o a c h e s i n n i t y . W e t h e r e f o r e h a v e        =    

    

 p 

P   

j  = 1 

B    

2  j 

2    j  

+     R    

 p 

( 1  ;  1     

) , w h i c h g i v e s    

h    (   k   ) =    

   + l n   

k    +    

1  

2   k   

+    

 p 

X   

j  = 1 

B    

2  j 

2   j k   

2  j 

     R    

 p 

(  k ; 

1      )   : 

N o w    

j  R    

 p 

(  k ; 

1      )   j  =    

 

 

 

 

Z  

B    

2   p  + 2 

(   t          t  ] )  

t  

  2   p    3 

d t  

 

 

 

 

    

j  B    

2   p  + 2 

( 2   p   

+ 2 )  k   

2   p  + 2 

s o t h a t t h e r e m a i n d e r i n t h e e x p r e s s i o n f o r    h    (   k    )  

i s n o g r e a t e r t h a n t h e r s t t e r m o m i t t e d i n t h e    

s u m m a t i o n . W e c a n t h e n w r i t e , f o r e x a m p l e ,  

h    (   k   ) =    

   + l n   

k    +    

1  

2   k   

    

1  

1 2  k   

+    

1  

1 2 0  k   

    

1  

2 5 2  k   

+    

1  

2 4 0  k   

    

1  

1 3 2  k   

1 0 

+    

6 9 1  

3 2 7 6 0    k   

1 2 

    

1  

1 2  k   

1 4 

+    

3 6 1 7      

8 1 6 0    k   

1 6 

+     O     (   k   

  1 8 

)   : 

W e w i l l u s e    

  

h    (   k   ) t o d e n o t e t h i s p a r t i c u l a r a p p r o x -    

i m a t i o n ( w i t h o u t t h e e r r o r t e r m ) . I t i s a n u n f o r -    

t u n a t e f a c t t h a t    

  

h   c a n n o t b e e x t e n d e d t o a v a l i d    

i n n i t e s e r i e s . T h e d i c u l t y i s t h a t f o r a n y x e d      

k   , t h e B e r n o u l l i c o e c i e n t s e v e n t u a l l y b e c o m e v e r y      

l a r g e a n d t h e s e r i e s d i v e r g e s . O n t h e o t h e r h a n d ,  

i t i s c l e a r t h a t f o r a n y x e d n u m b e r o f t e r m s , a p -    

p r o x i m a t i o n s s u c h a s    

  

h   b e c o m e e v e r m o r e a c c u r a t e    

a s  k   

i n c r e a s e s t o i n n i t y .  

N o w c o n s i d e r    

s  

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

  

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

(   k   + 1 )  

  n 

L e t  c  

b e a l a r g e i n t e g e r , a n d l e t    

g    (   t  ) =    

  

h   

(   t  ) (  

t  + 1 )  

  n 

A p p l y i n g ( 2 . 1 ) a g a i n , w e c a n w r i t e    

s  

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

  

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

(   k   + 1 )  

  n 

+    

X   

k  =  c  + 1 

  

1 +    

1  

2  

+      

+    

1  

k   

 

(   k   + 1 )  

  n 

=    

X   

k  = 1 

h   

(   k   ) (  

k   + 1 )  

  n 

+    

Z  

c  + 1 

g    (   t   )  d t  

+    

g    (   c  + 1 )  

    

X   

k  = 1 

B    

2  k 

( 2  k   

) ! 

D    

2  k    1 

g    (   c  + 1 )  

+     O     (   c  

  1 8 

)   : (2.2)

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 5/14

Bailey, Borwein and Girgensohn: Experimental Evaluation of Euler Sums 21

T h i s f o r m u l a s u g g e s t s t h e f o l l o w i n g c o m p u t a t i o n a l  

s c h e m e . F i r s t e v a l u a t e e x p l i c i t l y t h e s u m        

X   

k  = 1 

h   

(   k   ) (  

k   + 1 )  

  n 

f o r  c  

= 1 0  

, u s i n g a n u m e r i c w o r k i n g p r e c i s i o n o f    

1 5 0 d i g i t s . T h e n p e r f o r m t h e s y m b o l i c i n t e g r a t i o n      

a n d d i e r e n t i a t i o n s t e p s i n d i c a t e d i n ( 2 . 2 ) . F i -    

n a l l y , e v a l u a t e t h e r e s u l t i n g e x p r e s s i o n , a g a i n u s i n g      

a w o r k i n g p r e c i s i o n o f 1 5 0 d i g i t s . T h e n a l r e s u l t    

s h o u l d b e e q u a l t o    s  

(  m ; n    ) t o a p p r o x i m a t e l y 1 3 5    

s i g n i c a n t d i g i t s .  

T h e d i c u l t y a n d c o s t o f p e r f o r m i n g t h e r e q u i -    

s i t e s y m b o l i c i n t e g r a t i o n a n d d i e r e n t i a t i o n o p e r a -    

t i o n s c a n b e g r e a t l y r e d u c e d b y a p p r o x i m a t i n g      g    (   t   )  

a s f o l l o w s : e x p a n d      

  

h   

(   t  ) , t h e n u m e r a t o r o f    

g    (   t  ) , 

i n t o a s u m o f i n d i v i d u a l t e r m s ; w r i t e ( 1 +        t   )  

  n 

a s  

t  

  n 

( 1 +    t  

  1 

)  

  n 

; e x p a n d ( 1 +        t  

  1 

)  

  n 

u s i n g t h e b i -    

n o m i a l t h e o r e m t o 1 8 t e r m s ; m u l t i p l y t o g e t h e r t h e    

r e s u l t i n g n u m e r a t o r a n d d e n o m i n a t o r e x p r e s s i o n s ;  

a n d n a l l y o m i t a l l t e r m s i n w h i c h t h e e x p o n e n t o f    

t  

  1 

i s g r e a t e r t h a n 1 8 . T h e r e s u l t i s a l i n e a r s u m        

o f t e r m s o f t h e f o r m        t  

   p 

l n   

(   t  ) f o r m o d e s t - s i z e d i n -    

t e g e r s     p   a n d   

q   . 

O f c o u r s e , e v e n m o r e a c c u r a t e r e s u l t s c a n b e o b -    

t a i n e d b y u t i l i z i n g m o r e t e r m s i n t h e E u l e r { M a c -    

l a u r i n e x p a n s i o n s , a l t h o u g h t h e c o s t o f t h e r e q u i r e d      

s y m b o l i c m a n i p u l a t i o n c o r r e s p o n d i n g l y i n c r e a s e s .  

T h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e o p t i m a l b a l a n c e b e t w e e n      

n u m e r i c a n d s y m b o l i c c a l c u l a t i o n s , a n d o f t h e n u m -    

b e r o f E u l e r { M a c l a u r i n t e r m s ( a t b o t h s t e p s ) r e -    

q u i r e d f o r v a r i o u s l e v e l s o f p r e c i s i o n , i s a n i n t e r e s t -    

i n g p r o b l e m i n i t s o w n r i g h t . H o w e v e r , w e f o u n d      

t h a t o n l y m i n o r t u n i n g o f t h e a b o v e s c h e m e , b a s e d      

o n s i m p l e t i m i n g a n d a c c u r a c y e x p e r i m e n t s , s u f -    

c e d f o r t h e c a s e s w e s t u d i e d .  

F o r a l t e r n a t i n g E u l e r s u m s , t h e s c h e m e i s a b i t    

m o r e c o m p l i c a t e d . E u l e r { M a c l a u r i n s u m m a t i o n      

w o r k s b a d l y f o r a l t e r n a t i n g s e r i e s , b e c a u s e o s c i l -    

l a t i o n s l e a d t o l a r g e h i g h - o r d e r d e r i v a t i v e s . T h e    

s o l u t i o n i s t o e e c t i v e l y s p l i t t h e s u m m a t i o n i n t o    

t w o , o n e p o s i t i v e a n d o n e n e g a t i v e . C o n s i d e r , f o r    

i n s t a n c e , t h e s u m        s  

(  m ; n    ) . W e c a n w r i t e    

s  

(  m ; n    ) =    

X   

k  = 1 

 

1       

1  

2  

+      

+    

(       1 )  

k  + 1 

k   

 

(   k   + 1 )  

  n 

=    

X   

k  = 1 

  

X   

j  = 1 

1  

2    j        1  

    

k    1 

X   

j  = 1 

1  

2    j  

 

1  

( 2  k    )  

+    

X   

k  = 1 

  

X   

j  = 1 

1  

2    j        1  

    

X   

j  = 1 

1  

2    j  

 

1  

( 2  k   

+ 1 )  

=    

X   

k  = 1 

 

r  

+    

1  

2   k   

 

1  

( 2  k    )  

+    

X   

k  = 1 

r  

( 2  k   

+ 1 )  

w h e r e    

r  

=    

X   

j  = 1 

1  

2    j        1  

    

X   

j  = 1 

1  

2    j  

=    

X   

j  = 1 

1  

2    j  ( 2  

 j       1 )  

T h e E u l e r { M a c l a u r i n f o r m u l a ( 2 . 1 ) c a n t h e n b e a p -    

p l i e d r s t t o o b t a i n a h i g h l y a c c u r a t e a p p r o x i m a -    

t i o n t o    r  

, a n d t h e n t o e v a l u a t e t h e t w o r e m a i n i n g      

o u t e r s u m m a t i o n s .  

A n o t h e r a p p r o a c h f o r a l t e r n a t i n g E u l e r s u m s i s    

t o a p p l y t h e B o o l e s u m m a t i o n f o r m u l a B o r w e i n e t    

a l . 1 9 8 9 ] , w h i c h d e a l s s p e c i c a l l y w i t h a l t e r n a t i n g      

s u m s .  

3. EXPERIMENTAL SETUP AND OPTIMIZATIONS

W e h a v e p e r f o r m e d m a n y c o m p u t a t i o n s o f t h e t y p e    

d e s c r i b e d . T h e i n t e g r a t i o n s a n d d i e r e n t i a t i o n s r e -    

q u i r e d i n ( 2 . 2 ) c a n b e h a n d l e d b y a s y m b o l i c m a t h -    

e m a t i c s p a c k a g e s u c h a s M a p l e C h a r e t a l . 1 9 9 1 ]  

o r M a t h e m a t i c a W o l f r a m 1 9 9 1 ] . T h e e x p l i c i t s u m -    

m a t i o n o f t h e r s t    c  

t e r m s , a s i n d i c a t e d i n ( 2 . 2 ) ,  

c o u l d b e p e r f o r m e d b y u t i l i z i n g t h e m u l t i p l e p r e c i -    

s i o n f a c i l i t y i n t h e M a p l e o r M a t h e m a t i c a p a c k a g e s .  

H o w e v e r , w e f o u n d t h a t t h e M P F U N m u l t i p l e p r e -    

c i s i o n p a c k a g e a n d t r a n s l a t o r d e v e l o p e d b y o n e o f    

u s B a i l e y ] w a s s i g n i c a n t l y f a s t e r f o r t h i s p u r p o s e .  

W h a t e v e r s o f t w a r e i s u s e d , t h i s e x p l i c i t s u m m a -    

t i o n i s a v e r y e x p e n s i v e o p e r a t i o n . F o r e x a m p l e ,  

t h e e v a l u a t i o n o f    s  

( 3  ; 

4 ) t o 1 0    

t e r m s , u s i n g M P -    

F U N w i t h 1 5 0 - d i g i t p r e c i s i o n a r i t h m e t i c , r e q u i r e s    

t w e n t y h o u r s o n a C r i m s o n S i l i c o n G r a p h i c s w o r k -    

s t a t i o n . S u c h r u n s c a n b e m a d e , b u t c l e a r l y t h i s i s    

p r e s s i n g t h e c a p a b i l i t i e s o f c u r r e n t w o r k s t a t i o n s .  

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 6/14

22 Experimental Mathematics, Vol. 3 (1994), No. 1

M P F U N i s a v a i l a b l e o n v e c t o r s u p e r c o m p u t e r s    

s u c h a s t h o s e m a n u f a c t u r e d b y C r a y R e s e a r c h , I n c .  

H o w e v e r , f o r t h e m o d e s t p r e c i s i o n l e v e l s t y p i c a l o f    

t h e s e p r o b l e m s ( 1 0 0 t o 2 0 0 d e c i m a l d i g i t s ) , t h e r e -    

s u l t i n g v e c t o r l e n g t h s a r e t o o s h o r t t o y i e l d t h e    

h i g h p e r f o r m a n c e t h e s e s y s t e m s a r e c a p a b l e o f . O n      

t h e o t h e r h a n d , m u l t i p l e p r e c i s i o n c a l c u l a t i o n s o f    

t h i s t y p e a r e w e l l s u i t e d f o r R I S C p r o c e s s o r s , b e -    

c a u s e t h e y a r e w e l l b e h a v e d i n c a c h e m e m o r y s y s -    

t e m s .  

T h e s e c o n s i d e r a t i o n s s u g g e s t t h a t , i n p r i n c i p l e ,  

a h i g h l y p a r a l l e l c o m p u t e r b a s e d o n R I S C p r o c e s -    

s o r s c o u l d b e e e c t i v e l y e m p l o y e d f o r c o m p u t i n g      

t h e s e e x p l i c i t s u m s . H o w e v e r , a t r s t g l a n c e t h e s e    

c o m p u t a t i o n s a p p e a r n o t t o p o s s e s s a n y s i g n i c a n t    

o p p o r t u n i t y f o r p a r a l l e l i s m , s i n c e e v i d e n t l y b o t h      

t h e i n n e r a n d o u t e r s u m s m u s t b e s i m u l t a n e o u s l y      

a c c u m u l a t e d .  

F o r t u n a t e l y , t h e r e a r e a l g o r i t h m s t h a t e c i e n t l y      

e x p l o i t p a r a l l e l i s m . T h e b a s i c i d e a i s s i m p l e : s u p -    

p o s e , s a y , t h a t w e w i s h t o c o m p u t e    s  

(  m ; n    ) u s i n g      

( 2 . 2 ) , a n d t h u s n e e d t o s u m        h   

(   k   ) (  

k   + 1 )  

  n 

u p t o    

k    =     c  . I f t h e p a r a l l e l s y s t e m h a s    

P    p r o c e s s o r n o d e s ,  

a n d   c   =    

J P     , e a c h p r o c e s s o r s t o r e s a l e n g t h -    J   

r u n   

o f v a l u e s o f    k   

  1 

, t h e n a d d s t h e s e v a l u e s t o g e t h e r    

a n d c o m b i n e s t h e s u m w i t h t h e a c c u m u l a t e d s u m        

f r o m t h e p r e c e d i n g p r o c e s s o r s . M o r e p r e c i s e l y :  

Algorithm 1 (Parallel Summation).S u p p o s e g i v e n      

P    

p a r a l l e l p r o c e s s o r n o d e s , e a c h w i t h a n a s s o c i a t e d      

a r r a y      r  

 p 

o f l e n g t h      J   

+ 1 a n d s t o r a g e c e l l s    h   

 p 

a n d   

s  

 p 

, f o r 1          p         P    

. A l l o a t i n g - p o i n t s t o r a g e a n d      

a r i t h m e t i c i s a s s u m e d t o b e d o n e i n m u l t i p l e p r e -    

c i s i o n . W e c o m p u t e    

S    =    

J P 

X   

k  = 1 

h   

(   k   ) (  

k   + 1 )  

  n 

a s f o l l o w s :  

 

I n i t i a l i z e b y s e t t i n g      H           

0 a n d      S         

0 . 

 

F o r   p         

1 t o  P    

, i n p a r a l l e l :  

 

S e t  h   

 p 

     0 a n d      

s  

 p 

     0 . 

 

F o r   j        

1 t o  J   

, s e t    r  

 p ; j 

      1  = k    ( w h e r e    

k    =    

 j  + (  

 p        1 )  

J   ) , a n d      

h   

 p 

      h   

 p 

+     r  

 p ; j 

 

S e t  r  

 p ; J  + 1 

      1   =  ( 1 +      p J    ) . 

 

F o r   p         

1 t o  P    

, s e q u e n t i a l l y :  

 

S e t  H     

      H      ,  H            H      +     h   

 p 

, a n d      h   

 p 

      H     

 

F o r   p         

1 t o  P    

, i n p a r a l l e l :  

 

F o r   j        

1 t o  J    : 

 

S e t  h   

 p 

      h   

 p 

+     r  

 p ; j 

a n d   s  

 p 

      s  

 p 

+     h   

 p 

r  

 p ; j  + 1 

 

F o r   p         

1 t o  P    

, s e q u e n t i a l l y :  

 

S e t  S          S    +     s  

 p 

N o t e t h a t , a s s t a t e d , t h e a l g o r i t h m m a i n t a i n s a l l  

t h e  c   =    

J P     i n v e r s e s a t o n c e i n t h e a r r a y      r  

. I n a    

t y p i c a l c o m p u t a t i o n o n e m a y h a v e    c  

= 1 0  

, a n d t h e    

r e q u i r e d a m o u n t o f m e m o r y p e r n o d e m a y n o t b e    

a v a i l a b l e o n s o m e h i g h l y p a r a l l e l c o m p u t e r s . T h i s    

d i c u l t y c a n b e r e m e d i e d b y s e t t i n g u p a n o u t e r    

l o o p : w e w r i t e    c   =    

I J P     a n d r u n t h e a l g o r i t h m s u c -    

c e s s i v e l y f o r e a c h b l o c k      k    2   

(  i       

1 )   J P     + 1   ; i J P        ] , 

w h e r e 1         i        I   

. ( N a t u r a l l y ,  H     

a n d   S   

a r e m a i n -    

t a i n e d f r o m o n e i t e r a t i o n t o t h e n e x t i n s t e a d o f    

b e i n g i n i t i a l i z e d t o 0 , a n d t h e v a l u e a s s i g n e d t o    

r  

 p ; j 

i s 1   = k    w h e r e    

k    =      j  + (  

 p        1 )  

J   + (  

i       1 )   J P : 

)  

U p o n c o m p l e t i o n o f    I   

i t e r a t i o n s ,  S   

i s t h e d e s i r e d      

o v e r a l l s u m .  

T h i s a l g o r i t h m h a s b e e n i m p l e m e n t e d o n a n I n -    

t e l P a r a g o n p a r a l l e l c o m p u t e r a t N A S A A m e s R e -    

s e a r c h C e n t e r , u s i n g M P F U N . F o r    m    

= 3 a n d      n    =    

4 i n 1 5 0 - d i g i t p r e c i s i o n a r i t h m e t i c , w i t h      P    

= 1 2 8 ,  

J   = 2  

1 3 

a n d   I   

= 1 0 0 ( s o t h a t    c  

= 1 0 4    ; 

8 5 7   ; 

6 0 0 ) ,  

t h e p r o g r a m t o o k o n l y 9 7 1 s e c o n d s . T h i s i s 1 1 0    

t i m e s f a s t e r t h a n t h e t i m e r e q u i r e d b y a s t r a i g h t -    

f o r w a r d s e r i a l a l g o r i t h m t h a t e x e r c i s e s o n l y o n e    

n o d e o f t h e P a r a g o n , a n d 4 0 t i m e s f a s t e r t h a n t h e    

s a m e a l g o r i t h m r u n n i n g o n o n e p r o c e s s o r o f a C r a y    

Y M P , u s i n g M P F U N t u n e d f o r t h e C r a y . I t m a y    

b e p o s s i b l e , b y r e o r g a n i z i n g t h e c o m p u t a t i o n , t o    

a c h i e v e h i g h e r p e r f o r m a n c e o n t h e C r a y ; t h u s c a u -    

t i o n s h o u l d b e e x e r c i s e d w h e n i n t e r p r e t i n g t h i s l a s t    

g u r e . B u t t h e s e r e s u l t s n o n e t h e l e s s c o n r m t h a t    

A l g o r i t h m 1 , r u n n i n g o n a h i g h l y p a r a l l e l R I S C s u -    

p e r c o m p u t e r , i s a h i g h l y e c i e n t a n d c o s t - e e c t i v e    

s o l u t i o n t o t h e p r o b l e m o f c o m p u t i n g t h e e x p l i c i t    

s u m s r e q u i r e d i n ( 2 . 2 ) .  

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 7/14

Bailey, Borwein and Girgensohn: Experimental Evaluation of Euler Sums 23

4. INTEGER RELATION DETECTION ALGORITHMS

L e t  x   

= (  x   

; x   

; : : : ; x      

) b e a v e c t o r o f r e a l n u m -    

b e r s . W e s a y t h a t    x   

p o s s e s s e s a n i n t e g e r r e l a t i o n      

i f t h e r e e x i s t i n t e g e r s    a   

n o t a l l z e r o s u c h t h a t    

a   

x   

+     a   

x   

+      

+     a   

x   

= 0  : 

B y a n i n t e g e r r e l a t i o n a l g o r i t h m w e m e a n a n a l g o -    

r i t h m t h a t i s g u a r a n t e e d ( p r o v i d e d t h e c o m p u t e r    

i m p l e m e n t a t i o n h a s s u c i e n t n u m e r i c p r e c i s i o n ) t o    

r e c o v e r t h e v e c t o r o f i n t e g e r s    a   

, i f i t e x i s t s , o r t o    

p r o d u c e b o u n d s w i t h i n w h i c h n o i n t e g e r r e l a t i o n      

c a n e x i s t .  

T h e p r o b l e m o f n d i n g i n t e g e r r e l a t i o n s a m o n g a      

s e t o f r e a l n u m b e r s w a s r s t s t u d i e d b y E u c l i d , w h o    

g a v e a n i t e r a t i v e a l g o r i t h m w h i c h , w h e n a p p l i e d t o    

t w o r e a l n u m b e r s , e i t h e r t e r m i n a t e s , y i e l d i n g a n      

e x a c t r e l a t i o n , o r p r o d u c e s a n i n n i t e s e q u e n c e o f    

a p p r o x i m a t e r e l a t i o n s . T h e g e n e r a l i z a t i o n o f t h i s    

p r o b l e m f o r    n >     2 h a s b e e n a t t e m p t e d b y E u l e r ,  

J a c o b i , P o i n c a r e , M i n k o w s k i , P e r r o n , B r u n , a n d      

B e r n s t e i n , a m o n g o t h e r s . H o w e v e r , n o n e o f t h e i r    

a l g o r i t h m s h a s b e e n p r o v e d t o w o r k f o r    n >    3 , a n d      

n u m e r o u s c o u n t e r e x a m p l e s h a v e b e e n f o u n d .  

T h e r s t i n t e g e r r e l a t i o n a l g o r i t h m w i t h t h e d e -    

s i r e d p r o p e r t i e s m e n t i o n e d a b o v e w a s d i s c o v e r e d      

b y F e r g u s o n a n d F o r c a d e 1 9 7 9 ] . I n t h e i n t e r v e n -    

i n g y e a r s a n u m b e r o f o t h e r i n t e g e r r e l a t i o n a l g o -    

r i t h m s h a v e b e e n d i s c o v e r e d , i n c l u d i n g a v a r i a n t o f    

t h e o r i g i n a l a l g o r i t h m F e r g u s o n 1 9 8 7 ] , t h e L L L a l -    

g o r i t h m L e n s t r a e t a l . 1 9 8 2 ] , t h e H J L S a l g o r i t h m        

H a s t a d e t a l . 1 9 8 8 ] , w h i c h i s b a s e d o n L L L , a n d      

t h e P S O S a l g o r i t h m B a i l e y a n d F e r g u s o n 1 9 8 9 ] .  

R e c e n t l y a n e w a l g o r i t h m , k n o w n a s t h e P S L Q        

a l g o r i t h m , w a s d e v e l o p e d b y F e r g u s o n a n d o n e o f    

u s F e r g u s o n a n d B a i l e y 1 9 9 1 ] . I t a p p e a r s t o c o m -    

b i n e s o m e o f t h e b e s t f e a t u r e s s e p a r a t e l y p o s s e s s e d      

b y p r e v i o u s a l g o r i t h m s , i n c l u d i n g f a s t r u n t i m e s ,  

n u m e r i c a l s t a b i l i t y , n u m e r i c a l e c i e n c y ( t h a t i s , i t    

s u c c e s s f u l l y r e c o v e r s a r e l a t i o n w h e n t h e i n p u t i s    

k n o w n t o o n l y l i m i t e d p r e c i s i o n ) , a n d a g u a r a n t e e d      

c o m p l e t i o n i n a p o l y n o m i a l l y b o u n d e d n u m b e r o f    

i t e r a t i o n s . W e p r e s e n t h e r e a s i m p l i e d b u t e q u i v -    

a l e n t v e r s i o n o f P S L Q . T h e p r o o f o f t h e a l g o r i t h m        

a n d n o t e s f o r e c i e n t i m p l e m e n t a t i o n s a r e g i v e n      

i n F e r g u s o n a n d B a i l e y 1 9 9 1 ] .  

Algorithm 2 (PSLQ).L e t  

x   b e t h e t h e i n p u t r e a l v e c -    

t o r o f l e n g t h      n   

, a n d l e t n i n t d e n o t e t h e n e a r e s t i n -    

t e g e r f u n c t i o n ( f o r e x a c t h a l f - i n t e g e r v a l u e s , d e n e    

n i n t t o b e t h e i n t e g e r w i t h g r e a t e r a b s o l u t e v a l u e ) .  

L e t      =    

p   

4   =  3 . L e t    

A    a n d   

B    b e  

n        n   m a t r i c e s ,  

a n d   H     

a n   n        (   n        

1 ) m a t r i x .  

Initialization

 

S e t  A    

a n d   B    

t o t h e i d e n t i t y .  

 

F o r  k         

1 t o  n   

, c o m p u t e    s  

     

q   

P   

j  =  k 

x   

 

F o r  k         

1 t o  n   

, s e t    y   

      x   

= s  

a n d   s  

      s  

= s  

  (Initialize H      ) F o r  i        

1 t o  n    : 

 

f o r   j         i  

+ 1 t o    n        

1 , s e t    H     

i j 

     0 ; 

 

i f  i        n        

1 , s e t    H     

i i 

      s  

i  + 1 

= s  

 

f o r   j        

1 t o  i       

1 , s e t    H     

i j 

    y   

y   

=   (   s  

s  

j  + 1 

) . 

  (Perform full reduction onH     

while updatingy   

,A    

,B    

)

F o r  i        

2 t o  n    : 

 

f o r   j         i       

1 t o 1 b y          

1 : 

 

s e t  t        

n i n t (    H     

i j 

= H     

j j 

) a n d      y   

      y   

+    t y   

 

f o r  k         

1 t o   j  

, s e t    H     

i k 

      H     

i k 

    t H     

j k 

 

f o r  k         

1 t o  n   

, s e t    A    

i k 

      A    

i k 

    t A    

j k 

a n d   

B    

k j 

      B    

k j 

+    t B    

k i 

Main loop

 

R e p e a t u n t i l p r e c i s i o n i s e x h a u s t e d o r a r e l a t i o n      

h a s b e e n d e t e c t e d ( s e e t e r m i n a t i o n t e s t a t t h e    

e n d ) :  

 

S e l e c t    m    

s u c h t h a t       

j  H     

i i 

j i s m a x i m a l w h e n      

i   =    

m     . 

  (Perform block reduction onH     

while updatingy   

,A    

,

B    )

F o r  i         m    

+ 1 t o    n    : 

 

f o r   j        

m i n (    i        1  

; m     + 1 ) t o 1 b y          

1 : 

 

s e t  t        

n i n t (    H     

i j 

= H     

j j 

) a n d      y   

      y   

+    t y   

 

f o r  k         

1 t o   j  

, s e t    H     

i k 

      H     

i k 

    t H     

j k 

 

f o r  k         

1 t o  n   

, s e t    A    

i k 

      A    

i k 

    t A    

j k 

a n d   

B    

k j 

      B    

k j 

+    t B    

k i 

 

E x c h a n g e e n t r i e s    m    

a n d   m    

+ 1 o f    y   

, c o r r e -    

s p o n d i n g r o w s o f    A    

a n d   H     

, a n d c o r r e s p o n d i n g      

c o l u m n s o f    B     . 

 

I f  m          n        

2 , u p d a t e    H     

a s f o l l o w s :  

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 8/14

24 Experimental Mathematics, Vol. 3 (1994), No. 1

 

S e t  t  

     

p   

H     

m m 

+     H     

m ; m  + 1 

,  t  

      H     

m m 

= t  

a n d   t  

      H     

m ; m  + 1 

= t  

 

F o r  i         m    

t o  n   

, s e t    t  

      H     

i m 

,  t  

      H     

i ; m  + 1 

H     

i m 

      t  

t  

+     t  

t  

,  H     

i ; m  + 1 

    t  

t  

+     t  

t  

  (Norm bound)S e t  

M            1   =  m a x   

j  H     

j , w h e r e    

H     

d e n o t e s t h e     j  

- t h r o w o f    H     

. T h e r e c a n e x i s t n o    

r e l a t i o n v e c t o r w h o s e E u c l i d e a n n o r m i s l e s s    

t h a n      M      . 

  (Termination test)I f t h e l a r g e s t e n t r y o f    

A     e x c e e d s    

t h e l e v e l o f n u m e r i c p r e c i s i o n u s e d , t h e n p r e c i -    

s i o n i s e x h a u s t e d . I f t h e s m a l l e s t e n t r y o f t h e    

y   v e c t o r i s l e s s t h a n t h e d e t e c t i o n t h r e s h o l d , a      

r e l a t i o n h a s b e e n d e t e c t e d a n d i s g i v e n i n t h e    

c o r r e s p o n d i n g c o l u m n o f    B     . 

R e g a r d i n g t h e t e r m i n a t i o n t e s t , i t s o m e t i m e s h a p -    

p e n s t h a t a r e l a t i o n i s m i s s e d a t t h e p o i n t o f p o -    

t e n t i a l d e t e c t i o n b e c a u s e t h e    y   

e n t r y i s n o t q u i t e    

a s s m a l l a s t h e d e t e c t i o n t h r e s h o l d b e i n g u s e d ( t h e    

t h r e s h o l d i s t y p i c a l l y s e t t o t h e \ e p s i l o n " o f t h e    

p r e c i s i o n l e v e l ) . W h e n t h i s h a p p e n s , h o w e v e r , o n e    

w i l l n o t e t h a t t h e r a t i o o f t h e s m a l l e s t a n d l a r g e s t    

y   v e c t o r e n t r i e s i s s u d d e n l y v e r y s m a l l , p r o v i d e d      

s u c i e n t n u m e r i c p r e c i s i o n i s b e i n g u s e d .  

T h e a c t u a l p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n o f t h i s r a t i o    

i s n o t k n o w n f o r t h e P S L Q a l g o r i t h m . M o s t l i k e l y ,  

h o w e v e r , t h e p r o b a b i l i t y o f t h i s r a t i o b e i n g l e s s    

t h a n      "  

i s c l o s e l y a p p r o x i m a t e d b y a m o d e s t - s i z e d      

c o n s t a n t t i m e s    "  

. T h i s i s b e c a u s e t h e e n t r i e s o f t h e    

v e c t o r    y   a r e r e l a t e d t o t h e i t e r a t e s o f t h e c o n t i n u e d      

f r a c t i o n a l g o r i t h m , w h i c h a r e d i s t r i b u t e d a c c o r d i n g      

t o t h e K u z m i n d i s t r i b u t i o n K n u t h 1 9 8 1 , p . 3 4 6 ] .  

I n a n o r m a l r u n o f P S L Q , p r i o r t o t h e d e t e c t i o n o f    

a r e l a t i o n , t h i s r a t i o i s s e l d o m s m a l l e r t h a n 0    : 

0 1 . 

T h u s i f t h i s r a t i o s u d d e n l y d e c r e a s e s t o a v e r y s m a l l  

v a l u e , s u c h a s 1 0    

  2 0 

, i t i s a l m o s t c e r t a i n t h a t a r e -    

l a t i o n h a s b e e n d e t e c t e d | o n e n e e d o n l y a d j u s t t h e    

d e t e c t i o n t h r e s h o l d f o r t h e a l g o r i t h m t o t e r m i n a t e    

p r o p e r l y a n d o u t p u t t h e r e l a t i o n . W h e n d e t e c t i o n      

d o e s o c c u r , t h i s r a t i o m a y b e t h o u g h t o f a s a \ c o n -    

d e n c e l e v e l " o f t h e d e t e c t i o n .  

I n p r a c t i c e , t h e P S L Q a l g o r i t h m i s v e r y e e c -    

t i v e i n n d i n g r e l a t i o n s . F o r e x a m p l e , i n t e s t s    

d e s c r i b e d i n F e r g u s o n a n d B a i l e y 1 9 9 1 ] , r e l a t i o n s    

w e r e d e t e c t e d f o r i n p u t v e c t o r s i n d i m e n s i o n s u p t o    

n   = 8 2 , t h e c o e c i e n t s o f t h e r e l a t i o n h a v i n g s i z e    

u p t o 1 0    

1 4 

. A s a g e n e r a l r u l e , o n e c a n e x p e c t t o    

d e t e c t a r e l a t i o n w i t h c o e c i e n t s o f s i z e 1 0    

f o r a n      

i n p u t v e c t o r o f d i m e n s i o n      n   

i f t h e i n p u t i s k n o w n      

t o s o m e w h a t g r e a t e r t h a n      m n    d i g i t p r e c i s i o n , a n d      

p r o v i d e d t h a t c o m p u t a t i o n s a r e p e r f o r m e d u s i n g      

a t l e a s t t h i s l e v e l o f n u m e r i c p r e c i s i o n .  

5. APPLICATIONS OF THE PSLQ ALGORITHM

I n t e g e r r e l a t i o n d e t e c t i o n a l g o r i t h m s h a v e a n u m -    

b e r o f a p p l i c a t i o n s i n c o m p u t a t i o n a l m a t h e m a t i c s .  

O n e i s t o n d o u t w h e t h e r o r n o t a g i v e n c o n s t a n t    

   , w h o s e v a l u e c a n b e c o m p u t e d t o h i g h p r e c i s i o n ,  

i s a l g e b r a i c o f s o m e d e g r e e    n   

o r l e s s . T h i s i s d o n e    

b y c o m p u t i n g t h e v e c t o r    x   

= ( 1   ; ;      

; : : : ;      

) t o  

h i g h p r e c i s i o n a n d t h e n a p p l y i n g a n i n t e g e r r e l a -    

t i o n a l g o r i t h m t o t h e v e c t o r    x   

. I f a r e l a t i o n i s    

f o u n d , t h i s i n t e g e r v e c t o r i s p r e c i s e l y t h e s e t o f c o -    

e c i e n t s o f a p o l y n o m i a l s a t i s e d b y         

. W h e n a    

r e l a t i o n i s n o t f o u n d , t h e r e s u l t i n g b o u n d m e a n s    

t h a t       

c a n n o t p o s s i b l y b e t h e r o o t o f a p o l y n o m i a l  

o f d e g r e e    n   

, w i t h c o e c i e n t s o f s i z e l e s s t h a n t h e    

e s t a b l i s h e d b o u n d . E v e n n e g a t i v e r e s u l t s o f t h i s    

s o r t a r e o f t e n o f i n t e r e s t .  

O n e o f u s h a s p e r f o r m e d s e v e r a l c o m p u t a t i o n s    

o f t h i s t y p e B a i l e y a n d F e r g u s o n 1 9 8 9 ] , e s t a b l i s h -    

i n g , f o r e x a m p l e , t h a t i f E u l e r ' s c o n s t a n t        s a t -    

i s e s a n i n t e g e r p o l y n o m i a l o f d e g r e e 5 0 o r l e s s ,  

t h e E u c l i d e a n n o r m o f t h e c o e c i e n t s m u s t e x c e e d      

7       1 0  

1 7 

. C o m p u t a t i o n s o f t h i s s o r t h a v e a l s o b e e n      

a p p l i e d t o s t u d y a c e r t a i n c o n j e c t u r e r e g a r d i n g t h e    

R i e m a n n z e t a f u n c t i o n . I t i s w e l l k n o w n B o r w e i n      

a n d B o r w e i n 1 9 8 7 ] t h a t        ( 2 ) ,      

( 3 ) a n d         

( 4 ) e q u a l ,  

r e s p e c t i v e l y ,  

3  

X   

k  = 1 

1  

k   

 

2  k 

 

5  

2  

X   

k  = 1 

(       1 )  

k    1 

k   

 

2  k 

 

3 6  

1 7   

X   

k  = 1 

1  

k   

 

2  k 

 

T h i s h a s l e d s o m e t o s u g g e s t t h a t    

   ( 5 ) =        

Z    

X   

k  = 1 

(       1 )  

k    1 

k   

 

2  k 

 

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 9/14

Bailey, Borwein and Girgensohn: Experimental Evaluation of Euler Sums 25

f o r  Z    

a s i m p l e r a t i o n a l o r a l g e b r a i c n u m b e r . U n -    

f o r t u n a t e l y , i n t e g e r r e l a t i o n c a l c u l a t i o n s B a i l e y ]  

h a v e e s t a b l i s h e d t h a t i f    Z    

s a t i s e s a p o l y n o m i a l  

o f d e g r e e 2 5 o r l e s s , t h e E u c l i d e a n n o r m o f t h e c o -    

e c i e n t s m u s t e x c e e d 2       

1 0  

3 7 

T h e p r e s e n t a p p l i c a t i o n o f E u l e r s u m c o n s t a n t s    

i s w e l l s u i t e d t o a n a l y s i s w i t h i n t e g e r r e l a t i o n a l g o -    

r i t h m s . W e w i l l p r e s e n t b u t o n e e x a m p l e o f t h e s e    

c o m p u t a t i o n s . C o n s i d e r    

s  

( 2  ; 

3 ) = 0    : 

1 5 6 1 6 6 9 3 3 3 8 1 1 7 6 9 1 5 8 8 1 0 3 5 9 0 9 6 8 7      : : : 

( s e e T a b l e 1 f o r t h e d e n i t i o n ) . B a s e d o n e x p e -    

r i e n c e w i t h o t h e r c o n s t a n t s , w e c o n j e c t u r e d t h a t    

t h i s c o n s t a n t s a t i s e s a r e l a t i o n i n v o l v i n g h o m o g e -    

n e o u s c o m b i n a t i o n s o f        ( 2 ) ,       ( 3 ) ,       ( 4 ) ,      

( 5 ) , l n ( 2 ) ,  

L i 

(  

) a n d L i  

(  

) , w h e r e L i  

(   x   ) =    

P   

k  = 1 

x   

k   

  n 

d e -  

n o t e s t h e p o l y l o g a r i t h m f u n c t i o n . T h e n u m e r i c a l  

v a l u e s o f t h e s e c o n s t a n t s , t o 3 0 d e c i m a l d i g i t s , a r e :  

   ( 2 ) = 1    

: 6 4 4 9 3 4 0 6 6 8 4 8 2 2 6 4 3 6 4 7 2 4 1 5 1 6 6 6 4 6    : : : 

   ( 3 ) = 1    

: 2 0 2 0 5 6 9 0 3 1 5 9 5 9 4 2 8 5 3 9 9 7 3 8 1 6 1 5 1 1    : : : 

   ( 4 ) = 1    

: 0 8 2 3 2 3 2 3 3 7 1 1 1 3 8 1 9 1 5 1 6 0 0 3 6 9 6 5 4 1    : : : 

   ( 5 ) = 1    

: 0 3 6 9 2 7 7 5 5 1 4 3 3 6 9 9 2 6 3 3 1 3 6 5 4 8 6 4 5 7      : : : 

l n ( 2 ) = 0    : 

6 9 3 1 4 7 1 8 0 5 5 9 9 4 5 3 0 9 4 1 7 2 3 2 1 2 1 4 5 8    : : : 

L i 

(  

) = 0  : 

5 1 7 4 7 9 0 6 1 6 7 3 8 9 9 3 8 6 3 3 0 7 5 8 1 6 1 8 9 8    : : : 

L i 

(  

) = 0  : 

5 0 8 4 0 0 5 7 9 2 4 2 2 6 8 7 0 7 4 5 9 1 0 8 8 4 9 2 5 8    : : : 

T h e t e r m s i n v o l v i n g t h e s e c o n s t a n t s w i t h d e g r e e    

v e ( s e e S e c t i o n 7 f o r t h e d e n i t i o n o f t h i s t e r m )    

a r e t h e f o l l o w i n g : L i  

(  

) , L i  

(  

) l n ( 2 ) , l n      

( 2 ) ,       ( 5 ) ,  

   ( 4 ) l n ( 2 ) ,  

   ( 3 ) l n      

( 2 ) ,      ( 2 ) l n      

( 2 ) ,      ( 2 )  

   ( 3 ) . W h e n      

s  

( 2  ; 

3 ) i s a u g m e n t e d w i t h t h i s s e t o f t e r m s , a l l  

c o m p u t e d t o 1 3 5 d e c i m a l d i g i t s a c c u r a c y , a n d t h e    

r e s u l t i n g v e c t o r o f l e n g t h 9 i s i n p u t t o t h e P S L Q        

a l g o r i t h m , t h e r e l a t i o n ( 4 8 0    ;       1 9 2 0    ;  0   ; 

1 6  ; 

2 5 5  ; 

6 6 0  ; 

    8 4 0  

;      1 6 0  

; 3 6 0 ) i s d e t e c t e d a t i t e r a t i o n 3 9 0 . S o l v -    

i n g t h i s r e l a t i o n f o r    s  

( 2  ; 

3 ) , w e o b t a i n t h e f o r m u l a      

s  

( 2  ; 

3 ) = 4 L i  

(  

)       

3 0 

l n   

( 2 )      

1 7 

3 2 

  ( 5 )  

    

1 1 

  ( 4 ) l n ( 2 )    

+    

  ( 3 ) l n      

( 2 ) +        

  ( 2 ) l n      

( 2 )      

  ( 2 )  

  ( 3 )  

= 4 L i  

(  

)       

3 0 

l n   

( 2 )      

1 7 

3 2 

  ( 5 ) +        

1 1 

7 2 0 

   

l n ( 2 )    

+    

  ( 3 ) l n      

( 2 ) +        

1 8 

   

l n   

( 2 )      

2 4 

   

  ( 3 )  

( r e c a l l t h a t       

( 2  n   

) = ( 2        )  

2  n 

j  B    

2  n 

j  =   ( 2 ( 2    n   ) ! ) f o r    

n   i n -  

t e g e r ) .  

W h e n t h e r e l a t i o n i s d e t e c t e d , t h e m i n i m u m a n d      

m a x i m u m        y   

v e c t o r e n t r i e s a r e 1    : 

6 0     

1 0  

  1 3 4 

a n d   

5   : 9 8  

   1 0  

  2 9 

, w h o s e r a t i o i s o f t h e o r d e r o f 1 0    

  1 0 5 

T h u s t h e c o n d e n c e l e v e l o f t h i s d e t e c t i o n i s v e r y      

h i g h .  

A l t h o u g h w e w e r e u s i n g 1 3 5 - d i g i t i n p u t v a l u e s    

a n d 1 5 0 - d i g i t w o r k i n g p r e c i s i o n w h e n w e r s t d e -    

t e c t e d t h i s r e l a t i o n , t h e f a c t t h a t t h e m a x i m u m        

y   - v e c t o r e n t r y i s o n l y 1 0    

  2 9 

a t d e t e c t i o n i m p l i e s    

t h a t s u c h h i g h l e v e l s o f n u m e r i c p r e c i s i o n a r e n o t    

r e q u i r e d i n t h i s c a s e . I n d e e d , t h e r e l a t i o n c a n b e    

s u c c e s s f u l l y d e t e c t e d b y t h e P S L Q a l g o r i t h m u s -    

i n g o n l y 5 0 - d i g i t i n p u t v a l u e s a n d 5 0 - d i g i t w o r k i n g      

p r e c i s i o n .  

6. EXPERIMENTAL RESULTS

M a n y s p e c i a l c a s e s o f t h e p r o v e n r e s u l t s l i s t e d i n      

T a b l e 2 w e r e r s t o b t a i n e d u s i n g t h e e x p e r i m e n t a l  

m e t h o d p r e s e n t e d i n S e c t i o n s 2 - 4 . I n a d d i t i o n , w e    

h a v e o b t a i n e d a n u m b e r o f e x p e r i m e n t a l i d e n t i t i e s    

f o r w h i c h f o r m a l p r o o f s h a v e n o t y e t b e e n f o u n d .  

T a b l e 3 l i s t s s o m e o f t h e m .  

I t s h o u l d b e e m p h a s i z e d t h a t t h e r e s u l t s i n T a -    

b l e 3 a r e n o t e s t a b l i s h e d i n a n y r i g o r o u s m a t h e m a t -    

i c a l s e n s e b y t h e s e c a l c u l a t i o n s . H o w e v e r , i n e a c h      

c a s e t h e \ c o n d e n c e l e v e l " ( s e e S e c t i o n 3 ) o f t h e s e    

d e t e c t i o n s i s b e t t e r t h a n 1 0    

  5 0 

, a n d i n m o s t c a s e s    

i s i n t h e n e i g h b o r h o o d o f 1 0    

  1 0 0 

. T a b l e 3 , t o g e t h e r    

w i t h t h e r e s u l t s i n B o r w e i n e t a l . 1 9 9 4 ] , g i v e s a l l  

v a l u e s o f    s  

(  m ; n    ) f o r    

m     +     n        7 a n d      

m     +     n   = 9 , a n d      

a l l v a l u e s o f t h e a l t e r n a t i n g s u m s f o r    m     +     n        

5 . 

S o m e o f t h e s e i d e n t i t i e s c a n b e p r o v e d b y a d h o c    

m e t h o d s , b a s e d o n L e w i n 1 9 8 1 ] ; t h e y a r e i n d i c a t e d      

w i t h a n a s t e r i s k .  

I n m a n y o t h e r c a s e s w e w e r e n o t a b l e t o o b t a i n      

a f o r m u l a f o r t h e E u l e r s u m e x p l i c i t l y i n t e r m s o f    

v a l u e s o f t h e R i e m a n n z e t a , l o g a r i t h m a n d p o l y -    

l o g a r i t h m f u n c t i o n s , b u t w e w e r e a b l e t o o b t a i n      

r e l a t i o n s i n v o l v i n g t w o o r m o r e E u l e r s u m s o f t h e    

s a m e d e g r e e ( w h e r e b y \ d e g r e e " w e m e a n t h e s u m        

o f t h e i n d i c e s    m    

a n d   n   

o f t h e c o n s t a n t ) . S o m e o f    

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 10/14

26 Experimental Mathematics, Vol. 3 (1994), No. 1

 

s  

( 3  ; 

2 ) =    

1 5 

  ( 5 ) +        

  ( 2 )  

  ( 3 )  

 

s  

( 3  ; 

3 ) =        

3 3 

1 6 

  ( 6 ) + 2    

  

( 3 )  

s  

( 3  ; 

4 ) =    

1 1 9 

1 6 

  ( 7 )  

    

3 3 

  ( 3 )  

  ( 4 ) + 2    

  ( 2 )  

  ( 5 )  

s  

( 3  ; 

6 ) =    

1 9 7 

2 4 

  ( 9 )  

    

3 3 

  ( 4 )  

  ( 5 )  

    

3 7 

  ( 3 )  

  ( 6 ) +        

  

( 3 ) + 3      

( 2 )    

( 7 )  

s  

( 4  ; 

2 ) =    

8 5 9 

2 4 

  ( 6 ) + 3    

  

( 3 )  

s  

( 4  ; 

3 ) =        

1 0 9 

  ( 7 ) +        

3 7 

  ( 3 )  

  ( 4 )  

     5     ( 2 )  

  ( 5 )  

s  

( 4  ; 

5 ) =        

2 9 

  ( 9 ) +        

3 7 

  ( 4 )  

  ( 5 ) +        

3 3 

  ( 3 )  

  ( 6 )  

    

  

( 3 )       7      

( 2 )    

( 7 )  

s  

( 5  ; 

2 ) =    

1 8 5 5  

1 6 

  ( 7 ) + 3 3    

  ( 3 )  

  ( 4 ) +        

5 7 

  ( 2 )  

  ( 5 )  

s  

( 5  ; 

4 ) =    

8 9 0 

  ( 9 ) + 6 6    

  ( 4 )  

  ( 5 )  

    

4 2 9 5  

2 4 

  ( 3 )  

  ( 6 )  

     5     

( 3 ) +        

2 6 5 

  ( 2 )  

  ( 7 )  

s  

( 6  ; 

3 ) =        

3 0 7 3  

1 2 

  ( 9 )  

    2 4 3  

  ( 4 )  

  ( 5 ) +        

2 0 9 7  

  ( 3 )  

  ( 6 ) +        

6 7 

  

( 3 )      

6 5 1 

  ( 2 )  

  ( 7 )  

s  

( 7   ; 

2 ) =    

1 3 4 7 0 1  

3 6 

  ( 9 ) +        

1 5 6 9 7  

  ( 4 )  

  ( 5 ) +        

2 9 5 5 5  

2 4 

  ( 3 )  

  ( 6 ) + 5 6    

  

( 3 ) +        

3 2 8 7  

  ( 2 )  

  ( 7 )  

 

s  

( 2  ; 

2 ) = 6 L i  

(  

) +    

l n   

( 2 )      

2 9 

  ( 4 ) +        

  ( 2 ) l n      

( 2 )  

 

s  

( 2  ; 

3 ) = 4 L i  

(  

)       

3 0 

l n   

( 2 )      

1 7 

3 2 

  ( 5 )  

    

1 1 

  ( 4 ) l n ( 2 ) +        

  ( 3 ) l n      

( 2 ) +        

  ( 2 ) l n      

( 2 )      

  ( 2 )  

  ( 3 )  

 

s  

( 3  ; 

2 ) =        

2 4 L i  

(  

) + 6 l n ( 2 ) L i  

(  

) +    

2 0 

l n   

( 2 ) +        

6 5 9 

3 2 

  ( 5 )  

    

2 8 5 

1 6 

  ( 4 ) l n ( 2 ) +        

  ( 2 ) l n      

( 2 ) +        

  ( 2 )  

  ( 3 )  

 

a   

( 2  ; 

2 ) =        

2 L i 

(  

)       

1 2 

l n   

( 2 ) +        

9 9 

4 8 

  ( 4 )  

    

  ( 3 ) l n ( 2 ) +        

  ( 2 ) l n      

( 2 )  

 

a   

( 2  ; 

3 ) =        

4 L i 

(  

)       4 l n ( 2 ) L i  

(  

)       

1 5 

l n   

( 2 ) +        

1 0 7 

3 2 

  ( 5 )  

    

  ( 3 ) l n      

( 2 ) +        

  ( 2 ) l n      

( 2 ) +        

  ( 2 )  

  ( 3 )  

 

a   

( 3  ; 

2 ) = 6 L i  

(  

) + 6 l n ( 2 ) L i  

(  

) +    

l n   

( 2 )      

3 3 

  ( 5 ) +        

2 1 

  ( 3 ) l n      

( 2 )         

( 2 ) l n      

( 2 )      

1 5 

1 6 

  ( 2 )  

  ( 3 )  

 

a   

( 2  ; 

2 ) =        

4 L i 

(  

)       

l n   

( 2 ) +        

3 7 

1 6 

  ( 4 ) +        

  ( 3 ) l n ( 2 )    

     2     ( 2 ) l n      

( 2 )  

 

a   

( 2  ; 

3 ) = 4 l n ( 2 ) L i  

(  

) +    

l n   

( 2 )      

7 9 

3 2 

  ( 5 ) +        

1 1 

  ( 4 ) l n ( 2 )    

     1     ( 2 ) l n      

( 2 ) +        

  ( 2 )  

  ( 3 )  

 

a   

( 3  ; 

2 ) = 3 0 L i  

(  

)       

l n   

( 2 )      

1 8 1 3  

6 4 

  ( 5 ) +        

2 8 5 

1 6 

  ( 4 ) l n ( 2 ) +        

2 1 

  ( 3 ) l n      

( 2 )      

  ( 2 ) l n      

( 2 ) +        

  ( 2 )  

  ( 3 )  

TABLE 3.E x p e r i m e n t a l l y d e t e c t e d i d e n t i t i e s . T h o s e m a r k e d w i t h a n a s t e r i s k h a v e b e e n f o r m a l l y p r o v e d .  

t h e s e r e l a t i o n s a r e s h o w n i n T a b l e 4 . T h i s i s n o t    

a c o m p l e t e l i s t ; w e h a v e o b t a i n e d n u m e r o u s o t h e r    

r e l a t i o n s o f t h i s t y p e . T h e c o n d e n c e l e v e l o f e a c h      

o f t h e s e r e l a t i o n s i s b e t t e r t h a n 1 0    

  2 5 

. T h e s e r e l a -    

t i o n s a r e n o n r e d u n d a n t , i n t h e s e n s e t h a t f o r e a c h      

o n e n o r e l a t i o n i n v o l v i n g f e w e r c o n s t a n t s c a n b e    

d e t e c t e d ( w e c h e c k t h i s b y r e p e a t i n g t h e r u n s w i t h      

e a c h c o n s t a n t r e m o v e d i n t u r n ) .  

I n s t i l l o t h e r c a s e s w e w e r e n o t s u c c e s s f u l i n n d -    

i n g r e l a t i o n s , b u t w e w e r e a b l e t o o b t a i n b o u n d r e -    

s u l t s f r o m t h e P S L Q p r o g r a m t h a t e x c l u d e a l a r g e    

c l a s s o f p o t e n t i a l r e l a t i o n s a m o n g t h e l i s t o f c a n d i -    

d a t e t e r m s . T h e s e r e s u l t s d o n o t c o n c l u s i v e l y p r o v e    

t h a t t h e r e i s n o s u c h r e l a t i o n , o n l y t h a t i f o n e e x -    

i s t s , t h e E u c l i d e a n n o r m o f i t s c o e c i e n t s m u s t b e    

l a r g e r t h a n a c e r t a i n b o u n d . S o m e o f t h e s e \ n e g a -    

t i v e " r e s u l t s a r e l i s t e d i n T a b l e 5 .  

O n e i n t e r e s t i n g b y p r o d u c t o f t h e b o u n d r e s u l t s    

i n T a b l e 5 i s t h a t t h e r e a r e n o m o d e s t - s i z e d i n t e -    

g e r r e l a t i o n s a m o n g h o m o g e n e o u s p r o d u c t s o f        (   k    )  

w i t h d e g r e e 1 2 o r l e s s ( s e e S e c t i o n 7 ) , e x c e p t o f    

c o u r s e t h e w e l l - k n o w n r e l a t i o n s w h e n a l l  k   

a r e e v e n      

i n t e g e r s .  

T h e b o u n d r e s u l t f o r    a   

( 1  ; 

5 ) i n T a b l e 5 c o n -    

r m s t h e o b s e r v a t i o n i n B o r w e i n e t a l . 1 9 9 4 ] t h a t    

a   

( 1   ; n    ) , w h i c h e q u a l s       

( 1   ; n    ) , d o e s n o t a p p e a r t o    

p o s s e s s a n e x p l i c i t e v a l u a t i o n w h e n      n   

i s o d d a n d    

g r e a t e r t h a n t h r e e . T h e b o u n d r e s u l t s f o r       

( 2  ; 

6 )  

a n d      

( 2  ; 

8 ) c o n r m t h e o b s e r v a t i o n i n B o r w e i n e t    

a l . 1 9 9 4 ] t h a t       

( 2   ; n    ) d o e s n o t a p p e a r t o p o s s e s s    

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 11/14

Bailey, Borwein and Girgensohn: Experimental Evaluation of Euler Sums 27

8 4 5 4 9    s  

( 1  ; 

7 ) + 2 1 1 4 6 8    s  

( 2  ; 

6 ) + 1 4 8 9 0 2    s  

( 3  ; 

5 )       1 3 3 6 0    s  

( 4  ; 

4 )       1 9 7 8    s  

( 5  ; 

3 )  

    1 2 7   

  ( 8 ) + 3 3 6    

  ( 3 )  

  ( 5 )  

    1 2 0  

  ( 2 )  

  

( 3 )      

2 4  s  

( 2  ; 

6 )      

9 6  s  

( 3  ; 

5 )  

     2 7 1 8 5 8 7      s  

( 1  ; 

8 )       1 6 4 5 2 5 6 6 4    s  

( 2  ; 

7 )       1 7 8 0 4 2 9 4 4    s  

( 3  ; 

6 )       8 8 9 4 7 8 6 2    s  

( 4  ; 

5 ) + 3 8 6 3 9 4 0    s  

( 5  ; 

4 ) + 6 7 2 1 0 0    s  

( 6  ; 

3 )  

     5 1 3 8    s  

( 1  ; 

8 )       5 6 6 6 5 6    s  

( 2  ; 

7 )       6 2 4 0 1 6    s  

( 3  ; 

6 )       3 1 6 9 8 8    s  

( 4  ; 

5 ) + 6 4 8 0    s  

( 5  ; 

4 ) + 3 3 6 0 5      

( 3 )    

( 6 )  

     1 4 2 6 9 4 0 8    s  

( 1  ; 

9 ) + 2 5 7 8 4 7 0    s  

( 2  ; 

8 ) + 2 8 1 5 3 7 6    s  

( 3  ; 

7 ) + 5 8 1 4 5 5 0    s  

( 4  ; 

6 )  

+ 6 2 3 8 8 8 4    s  

( 5  ; 

5 ) + 3 9 3 8 9 1 2    s  

( 6  ; 

4 ) + 1 1 2 2 7 8 4    s  

( 7   ; 

3 )       1 8 6 0    s  

( 8  ; 

2 ) + 6 3 1 6 4 2 8 5      

( 1 0 )    

3 2 1     ( 1 0 )        

4 4 0    

( 5 )      

7 2 0    

( 3 )    

( 7 )      

8 0    

( 3 )    

( 4 ) + 5 6 0      

( 2 )    

( 3 )    

( 5 )      

4 0  s  

( 2  ; 

8 ) + 1 6 0    s  

( 3  ; 

7 )  

     1 6 9 1 7 5 5 5 0 3    s  

( 1  ; 

1 0 )       3 1 7 2 5 8 9 6 8 8    s  

( 2  ; 

9 ) + 8 3 7 5 1 1 5 0 4    s  

( 3  ; 

8 )       7 3 0 2 7 1 7 5 7 6    s  

( 4  ; 

7 )  

     1 3 9 5 8 6 6 0 0 1 6    s  

( 5  ; 

6 )       1 2 9 1 0 4 6 6 0 6 4    s  

( 6  ; 

5 )       7 0 9 9 3 3 2 9 1 2    s  

( 7   ; 

4 )       1 7 7 3 2 1 2 6 8 8    s  

( 8  ; 

3 )  

+ 6 5 8 3 6 0    s  

( 9  ; 

2 ) + 5 3 4 9 1 4 3 4 6 7 9       ( 1 1 )         2 1 8 6 8 2 4 8 9 7 1      

( 2 )    

( 9 )  

    5 8 9  

  ( 1 1 ) + 3 2 2    

  ( 5 )  

  ( 6 ) + 7 5 6    

  ( 4 )  

  ( 7 ) + 2 5 4    

  ( 3 )  

  ( 8 )  

    3 3 6  

  

( 3 )    

( 5 )  

    3 6 8  

  ( 2 )  

  ( 9 ) + 8 0    

  ( 2 )  

  

( 3 )      

1 6  s  

( 3  ; 

8 )      

4 8  s  

( 4  ; 

7 )  

7 0 6 6 3       ( 1 2 )         1 6 5 8 4 0      ( 5 )  

  ( 7 )  

     1 2 1 6 1 6      ( 3 )  

  ( 9 )  

     3 3 1 6 8      

( 3 )    

( 6 ) + 5 5 2 8      

( 3 )  

+ 4 9 7 5 2      

( 2 )    

( 5 ) + 9 9 5 0 4      

( 2 )    

( 3 )    

( 7 )       1 6 5 8 4    s  

( 2  ; 

1 0 ) + 2 2 1 1 2    s  

( 3  ; 

9 )  

1 1 5 2    s  

( 2  ; 

4 ) + 6 4 0    s  

( 3  ; 

3 )      

7 6 8 0 l n ( 2 ) L i  

( 1  =  

2 ) + 6 4 l n      

( 2 )       1 8 8 1      

( 6 )  

+ 7 4 4 0      

( 5 ) l n ( 2 )         1 6 8 0      

( 4 ) l n      

( 2 )       1 1 2 0      

( 3 ) l n      

( 2 ) + 8 6 4      

( 3 )    

( 3 )      

6 4 0    

( 2 ) l n      

( 2 )      

4 3 2    

( 2 )    

( 3 ) l n ( 2 )    

TABLE 4.E x p r e s s i o n s t h a t h a v e b e e n e x p e r i m e n t a l l y f o u n d t o v a n i s h .  

a n e x p l i c i t e v a l u a t i o n f o r    n   

e v e n a n d g r e a t e r t h a n      

f o u r .  

T h e n u m e r i c a l v a l u e s o f t h e v a r i o u s E u l e r s u m        

c o n s t a n t s , w h i c h w e r e u s e d t o o b t a i n t h e r e s u l t s    

l i s t e d i n T a b l e s 3 { 5 , w e r e c o m p u t e d a s d e s c r i b e d i n      

S e c t i o n s 2 a n d 3 . T h e e x p l i c i t s u m i n f o r m u l a ( 2 . 2 )    

w a s c o m p u t e d u s i n g A l g o r i t h m 1 ( o r i t s e q u i v a l e n t    

f o r a l t e r n a t i n g s u m s ) , o n t h e I n t e l P a r a g o n p a r a l l e l  

c o m p u t e r s y s t e m , w i t h      P    

= 1 2 8 ,  J   

= 2  

1 3 

,  I   = 1 0 0 .  

T h e s y m b o l i c o p e r a t i o n s i n d i c a t e d i n ( 2 . 2 ) w e r e    

p e r f o r m e d i n M a p l e . T h e n a l n u m e r i c a l v a l u e s    

w e r e c h e c k e d b y c o m p a r i n g t h e m w i t h t h e v a l u e s    

o b t a i n e d f r o m A l g o r i t h m 1 ( o r e q u i v a l e n t ) w i t h      

I   = 9 9 i n s t e a d o f 1 0 0 .  

7. CONJECTURES

I t i s n o t k n o w n w h e t h e r c l o s e d - f o r m e v a l u a t i o n s    

o f t h e t y p e l i s t e d i n T a b l e 3 e x i s t f o r a l l o f t h e    

v a r i o u s c l a s s e s o f E u l e r s u m s s t u d i e d i n t h i s p a p e r .  

I t i s p o s s i b l e t h a t s u c h f o r m u l a s a l w a y s e x i s t a n d      

c o u l d b e u n c o v e r e d b y t h e t e c h n i q u e s d e s c r i b e d i n      

t h i s p a p e r , i f o n e c o u l d o n l y d e d u c e t h e f o r m o f t h e    

m i s s i n g t e r m s . W e p r e s e n t t h i s a s a n o p e n q u e s t i o n      

f o r f u r t h e r r e s e a r c h .  

O n e p r i n c i p l e w e h a v e o b s e r v e d i n t h i s w o r k i s    

t h a t i n e v e r y c a s e w h e r e w e h a v e o b t a i n e d a r e -    

l a t i o n , t h i s r e l a t i o n h a s a l w a y s i n v o l v e d h o m o g e -    

n e o u s t e r m s , i n t h e s e n s e t h a t t h e d e g r e e    m     +     n   

o f e a c h t e r m i n v o l v e d i n t h e r e l a t i o n i s t h e s a m e .  

( F o r t h e s e p u r p o s e s , t h e d e g r e e o f        (   k   

) i s t a k e n t o    

b e  k   

, a s i s t h e d e g r e e o f L i  

(  

) , w h i l e t h a t o f l n ( 2 )    

i s t a k e n a s o n e . )    

A l t h o u g h w e b e l i e v e t h i s p r i n c i p l e m a y h o l d i n      

g e n e r a l , w e h a v e n o i d e a h o w t o p r o v e i t . W e t h e r e -    

f o r e p r e s e n t i t a s a c o n j e c t u r e . H o w e v e r , s i n c e i t    

i s i m p o r t a n t t o l i m i t t h e n u m b e r o f c o n s t a n t s i n -    

p u t t o t h e P S L Q a l g o r i t h m i n o r d e r t o e n h a n c e    

t h e p o s s i b i l i t y o f d e t e c t i n g a r e l a t i o n , w e h a v e o f -    

t e n u s e d t h i s p r i n c i p l e i n s e l e c t i n g t h e c a n d i d a t e    

c o n s t a n t s .  

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 12/14

28 Experimental Mathematics, Vol. 3 (1994), No. 1

S e t o f c o n s t a n t s t h a t d o n o t a p p e a r t o b e l i n k e d b y a r e l a t i o n B o u n d      

s  

( 2  ; 

6 )   ;    ( 8 )   ;    ( 3 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 3 ) 7: 

0 6     

1 0  

4 1 

s  

( 3  ; 

5 )   ;    ( 8 )   ;    ( 3 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 3 ) 4: 

3 1     

1 0  

4 1 

s  

( 4  ; 

4 )   ;    ( 8 )   ;    ( 3 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 3 ) 1: 

6 3     

1 0  

4 0 

s  

( 2  ; 

8 )   ;   ( 1 0 )    

;   

( 5 )   ;    ( 3 )    

( 7 )   ;   

( 3 )    

( 4 )   ;    ( 2 )    

( 3 )    

( 5 ) 1  : 

2 8     

1 0  

2 6 

s  

( 3  ; 

7 )   ;   ( 1 0 )    

;   

( 5 )   ;    ( 3 )    

( 7 )   ;   

( 3 )    

( 4 )   ;    ( 2 )    

( 3 )    

( 5 ) 3  : 

0 3     

1 0  

2 6 

s  

( 4  ; 

6 )   ;   ( 1 0 )    

;   

( 5 )   ;    ( 3 )    

( 7 )   ;   

( 3 )    

( 4 )   ;    ( 2 )    

( 3 )    

( 5 ) 3  : 

3 3     

1 0  

2 4 

s  

( 3  ; 

8 )   ;   ( 1 1 )    

;    ( 5 )    

( 6 )   ;    ( 4 )    

( 7 )   ;    ( 3 )    

( 8 )   ;   

( 3 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 9 )   ;    ( 2 )    

( 3 ) 2  : 

0 1     

1 0  

1 7 

s  

( 4  ; 

7 )   ;   ( 1 1 )    

;    ( 5 )    

( 6 )   ;    ( 4 )    

( 7 )   ;    ( 3 )    

( 8 )   ;   

( 3 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 9 )   ;    ( 2 )    

( 3 ) 1  : 

8 9     

1 0  

1 7 

s  

( 2  ; 

1 0 )   ;    ( 1 2 )    ;    ( 5 )    

( 7 )   ;    ( 3 )    

( 9 )   ;    ( 3 )    

( 4 )    

( 5 )   ;   

( 3 )    

( 6 )   ;   

( 3 )   ;    ( 2 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 3 )    

( 7 ) 1    : 

4 3     

1 0  

1 5 

s  

( 3  ; 

9 )   ;   ( 1 2 )    

;    ( 5 )    

( 7 )   ;    ( 3 )    

( 9 )   ;    ( 3 )    

( 4 )    

( 5 )   ;   

( 3 )    

( 6 )   ;   

( 3 )   ;    ( 2 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 3 )    

( 7 ) 8    : 

2 1     

1 0  

1 4 

s  

( 4  ; 

8 )   ;   ( 1 2 )    

;    ( 5 )    

( 7 )   ;    ( 3 )    

( 9 )   ;    ( 3 )    

( 4 )    

( 5 )   ;   

( 3 )    

( 6 )   ;   

( 3 )   ;    ( 2 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 3 )    

( 7 ) 1    : 

0 6     

1 0  

1 5 

s  

( 1  ; 

9 )   ; s  

( 2  ; 

8 )   ; s  

( 3  ; 

7 )   ; s  

( 4  ; 

6 )   ; s  

( 5  ; 

5 )   ; s  

( 6  ; 

4 )   ; s  

( 7   ; 

3 )   ; s  

( 8  ; 

2 ) 2  : 

3 1     

1 0  

1 6 

s  

( 1  ; 

1 0 )   ; s  

( 2  ; 

9 )   ; s  

( 3  ; 

8 )   ; s  

( 4  ; 

7 )   ; s  

( 5  ; 

6 )   ; s  

( 6  ; 

5 )   ; s  

( 7   ; 

4 )   ; s  

( 8  ; 

3 )   ; s  

( 9  ; 

2 ) 1  : 

0 5     

1 0  

1 5 

s  

( 1  ; 

1 0 )   ; s  

( 2  ; 

9 )   ; s  

( 3  ; 

8 )   ; s  

( 4  ; 

7 )   ; s  

( 5  ; 

6 )   ; s  

( 6  ; 

5 )   ; s  

( 7   ; 

4 )   ; s  

( 8  ; 

3 )   ; s  

( 9  ; 

2 )   ;    ( 1 1 ) 6    : 

5 4     

1 0  

1 3 

s  

( 1  ; 

1 1 )   ; s  

( 2  ; 

1 0 )   ; s  

( 3  ; 

9 )   ; s  

( 4  ; 

8 )   ; s  

( 5  ; 

7 )   ; s  

( 6  ; 

6 )   ; s  

( 7   ; 

5 )   ; s  

( 8  ; 

4 )   ; s  

( 9  ; 

3 )   ; s  

( 1 0  ; 

2 ) 6  : 

7 7      

1 0  

1 3 

s  

( 1  ; 

1 1 )   ; s  

( 2  ; 

1 0 )   ; s  

( 3  ; 

9 )   ; s  

( 4  ; 

8 )   ; s  

( 5  ; 

7 )   ; s  

( 6  ; 

6 )   ; s  

( 7   ; 

5 )   ; s  

( 8  ; 

4 )   ; s  

( 9  ; 

3 )   ; s  

( 1 0  ; 

2 )   ;    ( 1 2 ) 2    : 

6 7      

1 0  

1 1 

a   

( 1  ; 

5 ) p l u s    A    

( s e e c a p t i o n ) 7    : 

2 9     

1 0  

1 0 

s  

( 2  ; 

4 ) p l u s    A    

6   : 0 8  

   1 0  

1 0 

s  

( 3  ; 

3 ) p l u s    A    

5   : 9 5  

   1 0  

1 0 

s  

( 2  ; 

5 ) p l u s    A    

2   : 6 3  

   1 0  

s  

( 3  ; 

4 ) p l u s    A    

4   : 7 3  

   1 0  

s  

( 2  ; 

5 )   ; s  

( 3  ; 

4 )   ; s  

( 4  ; 

3 )   ; s  

( 5  ; 

2 ) p l u s    A    

3   : 1 6  

   1 0  

   

( 2  ; 

6 )   ;    ( 8 )   ;    ( 3 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 3 ) 6: 

8 1     

1 0  

4 1 

   

( 3  ; 

5 )   ;    ( 8 )   ;    ( 3 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 3 ) 6: 

2 6     

1 0  

4 1 

   

( 2  ; 

8 )   ;   ( 1 0 )    

;   

( 5 )   ;    ( 3 )    

( 7 )   ;   

( 3 )    

( 4 )   ;    ( 2 )    

( 3 )    

( 5 ) 3  : 

9 2     

1 0  

2 6 

   

( 3  ; 

7 )   ;   ( 1 0 )    

;   

( 5 )   ;    ( 3 )    

( 7 )   ;   

( 3 )    

( 4 )   ;    ( 2 )    

( 3 )    

( 5 ) 2  : 

7 8     

1 0  

2 4 

TABLE 5.R e l a t i o n e x c l u s i o n b o u n d s . T h e r i g h t - h a n d c o l u m n g i v e s t h e m i n i m u m E u c l i d e a n n o r m o f a n y      

p o s s i b l e i n t e g e r r e l a t i o n i n v o l v i n g t h e l i s t e d c o n s t a n t s . T h e a b b r e v i a t i o n s u s e d a r e :  A    

=     f  L i 

(  

)   ; l n ( 2 ) L i  

(  

)   ; 

l n   

( 2 ) L i  

(  

)   ; l n   

( 2 )   ;    ( 6 )   ;    ( 5 ) l n ( 2 )    ;    ( 4 ) l n      

( 2 )   ;    ( 3 ) l n      

( 2 )   ;   

( 3 )   ;    ( 2 ) l n      

( 2 )   ;    ( 2 )    

( 3 ) l n ( 2 )    g   ;  A    

=     f  L i 

(  

)   ; 

l n ( 2 ) L i  

(  

)   ; l n   

( 2 ) L i  

(  

)   ; l n   

( 2 ) L i  

(  

)   ; l n   

( 2 )   ;    ( 7 )   ;    ( 6 ) l n ( 2 )    ;    ( 5 ) l n      

( 2 )   ;    ( 4 ) l n      

( 2 )   ;    ( 3 ) L i  

(  

)  ;    ( 3 ) l n      

( 2 )  ; 

  ( 3 )  

  ( 4 )   ;   

( 3 ) l n ( 2 )    ;    ( 2 ) L i  

(  

)  ;    ( 2 ) l n      

( 2 )   ;    ( 2 )    

( 5 )   ;    ( 2 )    

( 3 ) l n      

( 2 )  g   . 

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 13/14

Bailey, Borwein and Girgensohn: Experimental Evaluation of Euler Sums 29

T h e m o d u l a r p r o p e r t i e s o f t h e s u m s       

(  m ; n    ) a r e    

b e i n g i n v e s t i g a t e d b y D . Z a g i e r ( p r i v a t e c o m m u n i -    

c a t i o n ) . H i s w o r k p r o v i d e s a n a l t e r n a t e , a b s t r a c t    

p r o o f t h a t       

(  m ; n    ) e v a l u a t e s i n t e r m s o f z e t a f u n c -    

t i o n s i f    m     +     n   

i s o d d . T h i s c o r r e s p o n d s t o o u r r e -    

s u l t s a n d s t i l l l e a v e s t h e c a s e    m     +     n   

e v e n a s a n o p e n      

p r o b l e m .  

ACKNOWLEDGMENTS

T h e a u t h o r s w i s h t o t h a n k D a v i d B o r w e i n , P e -    

t e r B o r w e i n , H e l a m a n R . P . F e r g u s o n a n d P a u l  

O . F r e d e r i c k s o n f o r v a l u a b l e d i s c u s s i o n s d u r i n g t h e    

c o u r s e o f t h i s w o r k .  

REFERENCES

A b r a m o w i t z a n d S t e g u n 1 9 7 2 ] M . A b r a m o w i t z a n d      

I . A . S t e g u n ,   H a n d b o o k o f M a t h e m a t i c a l F u n c t i o n s    , 

D o v e r , N e w Y o r k , 1 9 7 2 .  

A t k i n s o n 1 9 8 9 ] K . E . A t k i n s o n ,   A n I n t r o d u c t i o n t o      

N u m e r i c a l A n a l y s i s    , W i l e y , N e w Y o r k , 1 9 8 9 .  

B a i l e y ] D . H . B a i l e y , \ M u l t i p r e c i s i o n t r a n s l a t i o n a n d      

e x e c u t i o n o f F o r t r a n p r o g r a m s , "    A C M T r a n s a c t i o n s    

o n M a t h e m a t i c a l S o f t w a r e      , t o a p p e a r . T h i s s o f t w a r e    

a n d d o c u m e n t a t i o n m a y b e o b t a i n e d b y s e n d i n g      

e l e c t r o n i c m a i l t o     m p - r e q u e s t @ n a s . n a s a . g o v   . 

B a i l e y a n d F e r g u s o n 1 9 8 9 ] D . H . B a i l e y a n d H . R . P .  

F e r g u s o n , \ N u m e r i c a l r e s u l t s o n r e l a t i o n s b e t w e e n      

n u m e r i c a l c o n s t a n t s u s i n g a n e w a l g o r i t h m , "    M a t h .  

C o m p .  5 3 

( 1 9 8 9 ) , 6 4 9 { 6 5 6 .  

B e r n d t 1 9 8 5 ] B . C . B e r n d t ,   R a m a n u j a n ' s N o t e b o o k      , 

P a r t I , S p r i n g e r , N e w Y o r k , 1 9 8 5 .  

B o r w e i n a n d B o r w e i n 1 9 9 4 ] D . B o r w e i n a n d J . M .  

B o r w e i n , \ O n a n i n t r i g u i n g i n t e g r a l a n d s o m e s e r i e s    

r e l a t e d t o      

( 4 ) , " t o a p p e a r i n      P r o c . A m e r . M a t h . S o c .  

B o r w e i n e t a l . 1 9 9 4 ] D . B o r w e i n , J . M . B o r w e i n a n d      

R . G i r g e n s o h n , \ E x p l i c i t e v a l u a t i o n o f E u l e r s u m s , "    

t o a p p e a r i n      P r o c . E d i n b u r g h M a t h . S o c .  

B o r w e i n a n d B o r w e i n 1 9 8 7 ] J . M . B o r w e i n a n d P . B .  

B o r w e i n ,   P i a n d t h e A G M            , W i l e y , N e w Y o r k , 1 9 8 7 .  

B o r w e i n e t a l . 1 9 8 9 ] J . M . B o r w e i n , P . B . B o r w e i n a n d      

K . D i l c h e r , \ P i , E u l e r N u m b e r s a n d A s y m p t o t i c E x -  

p a n s i o n s , "    A m e r . M a t h . M o n t h l y      9 6 

( 1 9 8 9 ) , 6 8 1 { 6 8 7 .  

C h a r e t a l . 1 9 9 1 ] B . W . C h a r , K . O . G e d d e s , G . H .  

G o n n e t , B . L . L e o n g , M . B . M o n a g a n , S . M . W a t t ,  

M a p l e V L a n g u a g e R e f e r e n c e M a n u a l    , S p r i n g e r , N e w        

Y o r k , 1 9 9 1 .  

D e D o e l d e r 1 9 9 1 ] P . J . D e D o e l d e r , \ O n s o m e s e r i e s    

c o n t a i n i n g (    x    )       

(  y   

) a n d ( (    x    )       

(  y   

) )  

f o r c e r t a i n      

v a l u e s o f    x   

a n d   y   

, "   J . C o m p . A p p l . M a t h .  3 7  ( 1 9 9 1 ) ,  

1 2 5 { 1 4 1 .  

F e r g u s o n a n d B a i l e y 1 9 9 1 ] H . R . P . F e r g u s o n a n d D .  

H . B a i l e y , \ A p o l y n o m i a l t i m e , n u m e r i c a l l y s t a b l e    

i n t e g e r r e l a t i o n a l g o r i t h m , " R N R T e c h n i c a l R e p o r t    

R N R - 9 1 - 0 3 2 , N A S A A m e s R e s e a r c h C e n t e r , M S      

T 0 4 5 - 1 , M o e t t F i e l d , C A 9 4 0 3 5 - 1 0 0 0 .  

F e r g u s o n a n d F o r c a d e 1 9 7 9 ] H . R . P . F e r g u s o n a n d      

R . W . F o r c a d e , \ G e n e r a l i z a t i o n o f t h e E u c l i d e a n      

a l g o r i t h m f o r r e a l n u m b e r s t o a l l d i m e n s i o n s h i g h e r    

t h a n t w o , "    B u l l . A m e r . M a t h . S o c .   1  ( 1 9 7 9 ) , 9 1 2 {      

9 1 4 .  

F e r g u s o n 1 9 8 7 ] H . R . P . F e r g u s o n , \ A n o n - i n d u c t i v e    

G L (   n ;  Z  ) a l g o r i t h m t h a t c o n s t r u c t s l i n e a r r e l a t i o n s    

f o r  n   

Z  - l i n e a r l y d e p e n d e n t r e a l n u m b e r s , "    J . A l g o -    

r i t h m s    8  ( 1 9 8 7 ) , 1 3 1 { 1 4 5 .  

H a s t a d e t a l . 1 9 8 8 ] J . H a s t a d , B . J u s t , J . C . L a g a r i a s    

a n d C . P . S c h n o r r , \ P o l y n o m i a l t i m e a l g o r i t h m s f o r    

n d i n g i n t e g e r r e l a t i o n s a m o n g r e a l n u m b e r s , "    S I A M          

J . C o m p u t i n g      1 8  ( 1 9 8 8 ) , 8 5 9 { 8 8 1 .  

K n u t h 1 9 7 3 ] D . E . K n u t h ,   T h e A r t o f C o m p u t e r      

P r o g r a m m i n g      , v o l . 1 , A d d i s o n - W e s l e y , R e a d i n g , M A ,  

1 9 7 3 .  

K n u t h 1 9 8 1 ] D . E . K n u t h ,   T h e A r t o f C o m p u t e r      

P r o g r a m m i n g      , v o l . 2 , A d d i s o n - W e s l e y , R e a d i n g , M A ,  

1 9 8 1 .  

L e n s t r a e t a l . 1 9 8 2 ] A . K . L e n s t r a , H . W . L e n s t r a      

a n d L . L o v a s z , \ F a c t o r i n g p o l y n o m i a l s w i t h r a t i o n a l  

c o e c i e n t s " ,   M a t h . A n n a l e n      2 6 1  ( 1 9 8 2 ) , 5 1 5 { 5 3 4 .  

L e w i n 1 9 8 1 ] L . L e w i n ,   P o l y l o g a r i t h m s a n d a s s o c i a t e d      

 f u n c t i o n s   , N o r t h - H o l l a n d , N e w Y o r k , 1 9 8 1 .  

W o l f r a m 1 9 9 1 ] S . W o l f r a m ,   M a t h e m a t i c a : A S y s t e m          

 f o r D o i n g M a t h e m a t i c s b y C o m p u t e r    , 2 n d e d . , A d d i -  

s o n - W e s l e y , R e a d i n g , M A , 1 9 9 1 .  

7/27/2019 Experimental Evaluations of Euler Sums

http://slidepdf.com/reader/full/experimental-evaluations-of-euler-sums 14/14

30 Experimental Mathematics, Vol. 3 (1994), No. 1

D a v i d H . B a i l e y , N A S A p p l i e d R e s e a r c h B r a n c h , N A S A A m e s R e s e a r c h C e n t e r , M o e t t F i e l d , C A 9 4 0 3 5 - 1 0 0 0 ,  

U S A ( d b a i l e y @ n a s . n a s a . g o v )    

J o n a t h a n M . B o r w e i n , D e p a r t m e n t o f M a t h e m a t i c s a n d S t a t i s t i c s , S i m o n F r a s e r U n i v e r s i t y , B u r n a b y , B C V 5 A 1 S 6 ,  

C a n a d a ( j b o r w e i n @ c e c m . s f u . c a )    

R o l a n d G i r g e n s o h n , D e p a r t m e n t o f M a t h e m a t i c s a n d S t a t i s t i c s , S i m o n F r a s e r U n i v e r s i t y , B u r n a b y , B C V 5 A 1 S 6 ,  

C a n a d a ( g i r g e n @ c e c m . s f u . c a )    

R e c e i v e d O c t o b e r 2 5 , 1 9 9 3 ; a c c e p t e d i n r e v i s e d f o r m M a y 1 9 , 1 9 9 4