■スターリングの公式の図形的証明?(その70)

 偶数次元の正軸体の内接球と切頂正軸体の体積比較によって

  n!/n^n〜2(π/8)^n

が得られた.

 蛇足(薮蛇)になるかもしれないが,奇数次元の場合を考えてみよう.まずは復習から.

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 偶数次元(n=2k)の場合

  π^(n/2)/Γ(n/2+1)=π^k/k!

であったが,奇数次元(n=2k+1)の場合は

  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)!

 ここで,ウォリスの公式

  √π〜(n!)^22^2n/(2n)!√n

  √nπ〜(n!)^22^2n/(2n)!

を適用すると

  π^(n/2)/Γ(n/2+1)=(4π)^kk!/(2k+1)!

=(π)^k4^kk!/(2k)!(2k+1)

=π^k(πk)^1/2/k!(2k+1)

 また,内接球の半径は1/√nであるから,

  1/n^n/2=1/(2k+1)^(k+1/2)

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

 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,両者を比較すると

  π^k(πk)^1/2(2k+1)^(k-1/2)/2^4k+1k!〜1

  k!/k^k〜√(eπ)/2(π/8)^k

 ちなみに,偶数次元では

  k!/k^k〜2(π/8)^k

であるから,定数係数2が√(eπ)/2になった分,近似度が変化したが,本質的な違いはない.

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