gk=(k^2)!/1・2^2・・・k^k・(k+1)^k-1・・・(2k−1)
において,
g1=1,g2=2,g3=42,g4=24024
g5=701149020
g6=1671643033734960
g7=475073684264389879228560
g8=22081374992701950398847674830857600
この式は指数関数よりも階乗関数よりも速やかに増加するものと思われる.そのため,うまくいくかどうかはわからないが,kが非常に大きいときの近似値を与えるスターリングの漸近近似公式
k!=√2π・k^(k+1/2)・exp(−k)=√(2πk)・(k/e)^k
を利用して,gkの漸近挙動を調べてみたい.
なお,100!=9.33262×10^157をスターリングの公式を用いて計算すると,9.32485×10^157となる.
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【1】項比の漸近挙動
gkの漸近挙動を調べる代わりに,項比についてみてみるが,項比は
gk+1/gk=((k+1)^2)!/(k^2)!・(k+1)^2・・・(2k)^2・(2k+1)
((k+1)^2)!/(k^2)!
=√(2π)(k+1)・((k+1)^2/e)^(k+1)^2/√(2π)k・(k^2/e)^k^2
=(1+1/k)・(1+1/k)^2^k^2・((k+1)^2/e)^(2k+1)
ここで,(1+1/k)→1,(1+1/k)^2^k^2→e^2kであるから,
((k+1)^2)!/(k^2)!=(k+1)^(4k+2)/e
(k+1)^2・・・(2k)^2・(2k+1)
=((2k)!/k!)^2・(2k+1)
((2k)!/k!)^2
=(√(2π2k)・(2k/e)^2k/√(2πk)・(k/e)^k)^2
=(√2・2^k・(2k/e)^k)^2=2^(4k+1)・(k/e)^2k
したがって,
gk+1/gk
=(k+1)^(4k+2)/e・2^(4k+1)・(k/e)^2k(2k+1)
={e(k+1)/4}^(2k+1) 〜 k^2k
となって,この式は指数関数よりも階乗関数よりも速やかに増加することがわかる.
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