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1. CJM 2002 (vol 54 pp. 916)

Bastien, G.; Rogalski, M.
Convexité, complète monotonie et inégalités sur les fonctions zêta et gamma sur les fonctions des opérateurs de Baskakov et sur des fonctions arithmétiques
We give optimal upper and lower bounds for the function $H(x,s)=\sum_{n\geq 1}\frac{1}{(x+n)^s}$ for $x\geq 0$ and $s>1$. These bounds improve the standard inequalities with integrals. We deduce from them inequalities about Riemann's $\zeta$ function, and we give a conjecture about the monotonicity of the function $s\mapsto[(s-1)\zeta(s)]^{\frac{1}{s-1}}$. Some applications concern the convexity of functions related to Euler's $\Gamma$ function and optimal majorization of elementary functions of Baskakov's operators. Then, the result proved for the function $x\mapsto x^{-s}$ is extended to completely monotonic functions. This leads to easy evaluation of the order of the generating series of some arithmetical functions when $z$ tends to 1. The last part is concerned with the class of non negative decreasing convex functions on $]0,+\infty[$, integrable at infinity. Nous prouvons un encadrement optimal pour la quantit\'e $H(x,s)=\sum_{n\geq 1}\frac{1}{(x+n)^s}$ pour $x\geq 0$ et $s>1$, qui am\'eliore l'encadrement standard par des int\'egrales. Cet encadrement entra{\^\i}ne des in\'egalit\'es sur la fonction $\zeta$ de Riemann, et am\`ene \`a conjecturer la monotonie de la fonction $s\mapsto[(s-1)\zeta(s)]^{\frac{1}{s-1}}$. On donne des applications \`a l'\'etude de la convexit\'e de fonctions li\'ees \`a la fonction $\Gamma$ d'Euler et \`a la majoration optimale des fonctions \'el\'ementaires intervenant dans les op\'erateurs de Baskakov. Puis, nous \'etendons aux fonctions compl\`etement monotones sur $]0,+\infty[$ les r\'esultats \'etablis pour la fonction $x\mapsto x^{-s}$, et nous en d\'eduisons des preuves \'el\'ementaires du comportement, quand $z$ tend vers $1$, des s\'eries g\'en\'eratrices de certaines fonctions arithm\'etiques. Enfin, nous prouvons qu'une partie du r\'esultat se g\'en\'eralise \`a une classe de fonctions convexes positives d\'ecroissantes.

Keywords:arithmetical functions, Baskakov's operators, completely monotonic functions, convex functions, inequalities, gamma function, zeta function
Categories:26A51, 26D15

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