■スターリングの公式の図形的証明?(その64)
内接球がスターリングの公式の近似には役立ち,その結果が
n!/n^n〜2(π/8)^n
であった.
それに対して外接球の場合は,このままでは扱いにくいので,k→∞とすると
{(4k−1)/3k(2k−1)}→(2/3k)
したがって,
π^k/k!(2/3k)^k≧1/2・{1/k}^2k・2^2k
という不等式になることがわかる.整理すると
k!/k^k≦2(π/6)^k
となって,正軸体と切頂正軸体の体積比較によって得られた不等式
k!/k^k≦2(1/2)^k
より若干劣るものとなった.
また,切頂面に対する内接球は,kが大きくなるにつれて
n次元切頂八面体の体積>球の体積
となることは明らかである.なぜなら
1/2・{1/k}^2k・2^2k>π^k/k!・{1/k}^2k
を整理すると
k!>2(1/2)^k・(π/2)^k
k!/k^k>2(1/2)^k・(π/2k)^k
という自明な不等式である.
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正軸体の中接球の体積
π^(n/2)/Γ(n/2+1)・r^n
とn次元切頂八面体の体積
1/2・(2/n)^n・2^n
の大小比較を行うが,ここでは偶数次元の場合(n=2k)だけを扱うことにする.
1/2・(2/n)^n・2^n=1/2・{1/k}^2k・2^2k
π^(n/2)/Γ(n/2+1)・r^n=π^k/k!・r^2k
したがって,
r^2k≒k!/2・(2/k√π)^2k
r^2≒(k!/2)^1/k・4/πk^2=((n/2)!/2)^2/n・16/πn^2
となるような中接球がbest fitすることになる.
n→∞になるにつれて
(n/2)!〜√(πn)(n/2)^n/2exp(−n/2)
であるから
r^2≒(πn)^1/n(n/2e)・16/πn^2
〜(8/πe)/n^2
すなわち,内接球よりわずかに小さいところに近づいていくのである.
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