■スターリングの公式の同値な言い換え(その7)

 階乗n!の近似値を与える公式として有名なスターリングの公式があります.

  Γ(n+1)=n!〜√(2πn)n^n xp(−n)

 スターリングの公式の変種としては,

  (n+1/2)^n〜n^nexp(−1/2)

  Γ(n+1/2)〜√(2π)(n+1/2)^n xp(−n+1/2)〜n!/√n

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[Q]pを素数,qを2以上の非素数,rを2以上の自然数とする.このとき,全素数にわたる積

  P=Πp^6/(p^6−1)=ζ(6)=π^6/945

であるが,

  Q=Πq^6/(q^6−1)=?

[A]S(x)=sinπx/πx=Π(1,∞)(1−x^2/n^2)

 ωを1の3乗根とする.ω^3=1,ω^2+ω+1=0

 S(x)S(ωx)S(ω^2x)=Π(1,∞)(1−x^2/n^2)(1−ω^2x^2/n^2)(1−ω^4x^2/n^2)=Π(1,∞)((n^6−x^6)/n^6)

Π(1,∞)(n^6/(n^6−x^6))=1/S(x)S(ωx)S(ω^2x)

Π(2,∞)(n^6/(n^6−x^6))=(1−x^6)/S(x)S(ωx)S(ω^2x)=(πx)^3(1−x^6)/sin(πx)sin(ωπx)sin(ω^2πx)

 ここで,x→1としてときの極限を考えてみます.ロピタルの定理より

N=Π(2,∞)n^6/(n^6-1)=lim(x→1) π^3x^3(1-x^6)/sin(πx)sin(ωπx)sin(ω^2πx)

sin(ωπ)sin(ω^2π)=-1/2(cos(ω+ω^2)π-cos(ω-ω^2)π)

sin(ωπ)sin(ω^2π)=-1/2(-1-cos(i√3π))

より,N=12π^2/(1+cosh(π√3))として求まります.

  Q=N/P

  P=π^6/945より,Q=11340/π^4(1+cosh(π√3))=1.002001・・・

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