■スターリングの公式の図形的証明?(その66)

 空間充填2(2^n−1)面体

  k!〜(2k+1)^(1/2}{π/4・(j+1)(2k−j)/(2k+1)}^k

において,jが値がいくつであれば,スターリングの公式を模するのであろうか?

 (その65)の結論は

  j/n=1/2{1+√(1−8/eπ)}→1/2

であったが,(その55)では,

  j/n〜1/2±1/2√n

なる中接球のときフィットするというものであった.n→∞のとき,両者は一致するが,どちらがより正確なのだろうか?

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 まず,(その65)を検算してみたい.

 j〜kのとき,

  (j+1)(2k−j)=k(k+1)

  k!〜(2k+1)^(1/2}{π/4・k(k+1)/(2k+1)}^k

  k!/k^k〜(2k+1)^(1/2}{π/8}^k

 さらに,πe=8.539・・・より,

  (π/8)^n≒(1/e)^n

  k!/k^k〜(2k)^(1/2}(1/e)^n

が得られる.

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 次に(その55)を検算してみたい.

 j〜k±√kのとき,

  (j+1)(2k−j)=(k+√k+1)(k−√k)

あるいは

  (j+1)(2k−j)=(k−√k+1)(k+√k)

であって,いずれの場合であっても

  (j+1)(2k−j)=k^2−k

  k!〜(2k+1)^(1/2}{π/4・k(k−1)/(2k+1)}^k

  k!/k^k〜(2k+1)^(1/2}{π/8}^k

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[結論]両者を比較すると,前者の方がより正確であると考えられるが,重要なことは,空間充填2(2^n−1)面体もスターリング近似をよく模する多面体であって,偶数次元だけの検討であっても

  k!/k^k〜(2k)^(1/2}(1/e)^n

の(2k)^(1/2}が自然にでてくるという点である.

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