■スターリングの公式の図形的証明?(その19)

 (その18)では偶数次元(n=2k)だけを扱ったが,奇数次元(n=2k+1)の場合はどうなるのだろうか?

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  π^(n/2)/Γ(n/2+1)=π^(k+1/2)/Γ((2k+3)/2)

=π^(k+1/2)/{(2k+1)/2・(2k−1)/2・・・√π)

=(2π)^k/(2k+1)!!

=(4π)^kk!/(2k+1)!

 一方,n次元切頂八面体の体積は

  1/2・(2/n)^n・2^n=2^4k+1/(2k+1)^2k+1

であるから,

(4π)^kk!/(2k+1)!・r^n=2^4k+1/(2k+1)^2k+1

r^n=2(4/π)^k/(2k+1)^k・Πi/(2k+1)   (i=k+1〜2k+1)

 また,

  π^(n/2)/Γ(n/2+1)=(4π)^kk!/(2k+1)!

=(4π)^kk!/(2k)!(2k+1)

に対して,ウォリスの公式を適用すると

=π^k(πk)^1/2/k!(2k+1)

 これと,n次元切頂八面体の体積比較では

  π^k(πk)^1/2/k!(2k+1)・r^n=2^4k+1/(2k+1)^2k+1

r^n=2(16/π)^k/(πk)^1/2(2k+1)^k・Πi/(2k+1)   (i=1〜2k)

r^n=2(4/π)^k/(2k+1)^k・Πi/(2k+1)   (i=k+1〜2k+1)

と掛け合わせると

r^2n=4(8/π)^2k/(πk)^1/2(2k+1)^2k・Πi/(2k+1)   (i=1〜2k+1)

r^2n〜(8/πn)^n(πn)^1/2・n!/n^n〜(8/πn)^n・πn√2・exp(−n)

r^2=(8/πen)・(πn√2)^1/n

 ここで,best fitする中接球(r^2=1/(n−j))を考えると,

  (πen/8)・(πn√2)^-1/n=n−j

  (πe/8)・(πn√2)^-1/n=(n−j)/n=(1−j/n)

  (πe/8)^n・(πn√2)^-1=(1−j/n)^n

n→∞のとき,右辺→exp(−j)であるから,

  −j→nlog(πe/8)−log(πn√2)

  −j/n→log(πe/8)=0.0652875n

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[結論]

 もちろん結論は同じである.n→∞のとき,

  r^2=1/(n−j)→1/(1.0652875n)

なる球がスターリングの公式の最良近似球になる.内接球(r^2=1/n,j=0)は最適もののではないにせよ,かなりいい線をいっている近似球体である.

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