He descubierto un tema que me ha parecido curioso y sumamente interesante, debido a su potencial uso práctico, y es el desarrollo de una teoría de sumas fraccionales.
Una suma fraccional es una generalización del operador \( \sum \) para índices complejos, es decir, se trata de extender la definición de \( \sum_{k=a}^b g(k) \) al mayor subconjunto posible de \( \Bbb C \), es decir, donde \( a \) y \( b \) son complejos.
Por supuesto muchas generalizaciones son posibles, pero si añadimos las restricciones siguientes
\( \displaystyle{\begin{align*}&1.\quad \sum_{k=x}^y g(k)=\sum_{k=0}^y g(k)-\sum_{k=0}^{x-1} g(k)\\
&2.\quad\sum_{k=x}^x g(k)=g(x)\\&3.\quad \sum_{k=x}^y g(k)=\sum_{k=x+w}^{y+w} g(k-w)\end{align*}} \)
entonces, la generalización posible, es única (si \( g \) es analítica en el origen). No sólo eso: dentro de estas teorías (hay varias muy similares, unas más generales que otras) es muy fácil derivar e integrar respecto del índice, y tendríamos que
\( \displaystyle {\frac{d}{dn}\sum_{k=0}^n g(k)=\sum_{k=0}^n g'(k)+c'\\\int^x\sum_{k=0}^{n-1} g(k)\, dn=\sum_{k=0}^{x-1}\int^k g(t)\, dt+c_1 n+c_2} \)
donde \( c_2 \) es la constante de integración (arbitraria) y \( c_1=-\frac{d}{dn}\sum_{k=0}^{n-1}\int^k g(t)\, dt\Big|_{n=0} \) y \( c' \) también es una constante (no arbitraria). Lo curioso es que se puede derivar e integrar sin necesidad de conocer la función (analítica) que se define por la generalización de \( f(n):=\sum_{k=0}^{n-1}g(k) \).
Por ejemplo, la función gamma, la función zeta de Riemann, y muchas otras funciones especiales son generalizaciones de esta forma, aunque no fueran creadas así. Esto permite hallar valores, identidades o estudiar convergencia asintótica y mil cosas más de manera mucho más sencilla que por métodos clásicos.
Incluso generaliza muchas fórmulas conocidas del análisis y el cálculo como la regla de la cadena o la fórmula de la suma de Euler y MacLaurin. Dejo la bibliografía relevante por si alguien tiene curiosidad:
https://arxiv.org/abs/math/0502109https://arxiv.org/abs/1001.4695https://arxiv.org/abs/1209.5739https://www.springer.com/gp/book/9783319746470