■ウォリスの公式とオイラー積(その27)

 もう少し,ガンマ関数の無限積表示について考えておきたい.

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 Γ(x)=lim(n→∞)(n-1)!n^x/x(x+1)(x+2)(x+3)・・・・(x+n-1)

=1/xΠ(1+1/n)^x(1+x/n)^(-1)

(証)

Γ(x)=1/x(x+1)(x+2)(x+3)・・・・(x+n-1)∫(0,∞)t^(x+n-1)exp(−t)dt 

を積分して,スターリングの公式を利用すると

 Γ(x)=1/xlim(n→∞)(n-1)!1/(x+1)・2/(x+2)・3/(x+3)・・・・(n-1)/(x+n-1)n^x

=1/xΠ(1+1/n)^x(1+x/n)^(-1)

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 Γ(x)=lim(n→∞)(n-1)!n^x/x(x+1)(x+2)(x+3)・・・・(x+n-1)

=exp(−γx)/xΠexp(x/n)/(1+x/n)

(証)n=1〜Nの積をfN(x)とおけば,

fN(x)=1/x・N!/(x+1)(x+2)(x+3)・・・・(x+n-1)exp(xlogN)=1/x・exp(x(logN-1-1/2-・・・-1/N)Πexp(x/n)/(1+x/n)

=exp(−γx)/xΠexp(x/n)/(1+x/n)

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 Γ(2x)=2^2x/2√π・Γ(x)Γ(x+1/2)   (倍角公式)

(証)

  2^2x/2√π・Γ(x)Γ(x+1/2)

=lim(n→∞)(n-1)!n^x/x(x+1)(x+2)(x+3)・・・・(x+n-1)・(n-1)!n^x+1/2/(x+1/2)(x+3/2)(x+5/2)(x+7/2)・・・・(x+2n-1/2)

=lim(n→∞)(2n-1)!2n^2x/2x(2x+1)(2x+2)(2x+3)・・・・(2x+2n-1)・(2^nn!)^22/(2n)!√n

 スターリングの公式により,右辺はΓ(2x)2√πになる.

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