12!是多少?世界上最美丽的函数——γ函数,数学皇冠上的明珠( 二 )
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注意Γ(n)=Π(n-1)=(n-1)!对所有自然数n都成立 。
因此 , 伽马函数也满足类似的函数方程 , 即:
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【12!是多少?世界上最美丽的函数——γ函数,数学皇冠上的明珠】所以 , 伽马函数是广义的阶乘函数Γ(n+1)=n! , 对所有非负整数n都成立 。
但这是一个唯一的泛化吗?答案是否定的 。 但是 , 如果我们给它一个约束条件 , 结果就是它了 。 这个约束与对数凸性的概念有关 , 但我不会在这里详细描述它 , 因为这与我要讲的内容有点离题 。
具体要求是函数logΓ是凸的 。
二次可微函数f是对数凸的当且仅当:
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已经发现了无数种函数的定义和形式 。 一个特别好的例子是无穷大的乘积 。 在此之前 , 让我们试着从我们的定义中得出一些有趣的结果 。 我们要做的第一件事可能一开始看起来很奇怪 , 但有时在数学中 , 你应该尝试并遵循逻辑结果 , 同时运用你的直觉 。
我们将把指数函数写成极限形式并把它代入伽马函数的定义中 。 首先 , 回想一下:
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这可以用很多方法来证明 。
回想一下几何级数有一个封闭形式:
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如果|x|<1则成立 。 将x代入-x , 得到:
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现在我们可以对两边做进一步的处理:
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假设n>x , 那么我们可以代入z=x/n 。
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现在 , 如果我们取n→∞时的极限 , 很明显:
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有了这个结果 , 现在就可以直接计算出想要的结果了 。
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通过替换 , 这个等价于这个表述:
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现在让我们在Γ(z)的定义中使用这个结果:
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我们把这个积分称为极限内的I(n,z) , 多次使用偏积分可以得到:
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继续下去 , 当我们最终消去1-t/n项的指数时 , 我们可以积分得到:
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为了得到Γ(z) , 我们取其极限:
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这是一个非常著名的结果 , 但我们不想止步于此 。
让我们对这个极限进行一些简单的处理 。
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这里我们在e的指数上加减∑z/i 。 注意 , log是自然对数 。
我们现在可以把指数分开 , 利用这样的事实 , 即指数中的和就是乘积:
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欧拉常数是由:
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