伽马函数的计算问题
伽玛函数(Gamma函数),也叫欧拉第二积分,是阶乘函数在实数与复数上扩展的一类函数。该函数在分析学、概率论、偏微分方程和组合数学中有重要的应用。与之有密切联系的函数是贝塔函数,也叫第一类欧拉积分。可以用来快速计算同伽马函数形式相类似的积分。
伽玛函数(Gamma Function)作为阶乘的延拓,是定义在复数范围内的亚纯函数,通常写成
。
(1)在实数域上伽玛函数定义为:
(2)在复数域上伽玛函数定义为:
其中
,此定义可以用解析开拓原理拓展到整个复数域上,非正整数除外。
(3)除了以上定义之外,伽马函数公式还有另外一个写法:
我们都知道
是一个常用积分结果,公式(3)可以用
来验证。
(4)伽马函数还可以定义为无穷乘积:
不完全Gamma函数
详见不完全伽马函数
1728年,哥德巴赫在考虑数列插值的问题,通俗的说就是把数列的通项公式定义从整数集合延拓到实数集合,例如数列1,4,9,16.....可以用通项公式n²自然的表达,即便 n 为实数的时候,这个通项公式也是良好定义的。直观的说也就是可以找到一条平滑的曲线y=x²通过所有的整数点(n,n²),从而可以把定义在整数集上的公式延拓到实数集合。一天哥德巴赫开始处理阶乘序列1,2,6,24,120,720,...,我们可以计算2!,3!,是否可以计算2.5!呢?我们把最初的一些(n,n!)的点画在坐标轴上,确实可以看到,容易画出一条通过这些点的平滑曲线。
但是哥德巴赫无法解决阶乘往实数集上延拓的这个问题,于是写信请教尼古拉斯·伯努利和他的弟弟丹尼尔·伯努利,由于欧拉当时和丹尼尔·伯努利在一块,他也因此得知了这个问题。而欧拉于1729 年完美地解决了这个问题,由此导致了伽玛 函数的诞生,当时欧拉只有22岁。
函数性质
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1、通过分部积分的方法,可以推导出这个函数有如下的递归性质:
于是很容易证明,伽马函数可以当成是阶乘在实数集上的延拓,对于正整数n,具有如下性质:
2、与贝塔函数的关系:
3、在概率的研究中有一个重要的分布叫做伽玛分布:
其中
。
4、对
,有
这个公式称为余元公式。
由此可以推出以下重要的概率公式:
5、对于
,伽马函数是严格凹函数。
6、伽马函数是亚纯函数,在复平面上,除了零和负整数点以外,它全部解析,而伽马函数在
处的留数为
希望我能帮助你解疑释惑。
又,伽玛函数Γ(α)=∫(0,∞)[t^(α-1)]e^(-t)dt(α>0),当α为自然数时,Γ(α)=(α-1)!。故,∫(0,∞)t²e^(-t)dt=Γ(3)=(3-1)!=2。
∴结果是2z/(1+z)³。
供参考。
x^2 * exp(-ax)dx
=(1/a)^2 * (ax)^2 * exp(-ax)d[(ax)*1/a]
=(1/a)^3 * (ax)^2 * exp(-ax)d(ax)
变换后积分上下限还是0到正无穷
所以(1/a)^3 * gamma(3)
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