■スターリングの公式の図形的証明?(その68)
頭が混乱しているので,空間充填2^n+2n面体の場合を再度まとめておきたい.
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n次元切頂八面体の体積
1/2・(2/n)^n・2^n
と体積が等しい球
π^(n/2)/Γ(n/2+1)・r^n
を求める.簡単のため,偶数次元の場合(n=2k)だけを扱うことにする.
1/2・(2/n)^n・2^n=1/2・{1/k}^2k・2^2k
π^(n/2)/Γ(n/2+1)・r^n=π^k/k!・r^2k
したがって,
r^2k≒k!/2・(2/k√π)^2k
r^2≒(k!/2)^1/k・4/πk^2=((n/2)!/2)^2/n・16/πn^2
となるような中接球がbest fitすることになる.
n→∞になるにつれて
(n/2)!〜√(πn)(n/2)^n/2exp(−n/2)
であるから
r^2≒(πn)^1/n(n/2e)・16/πn^2
〜(8/πe)/n
すなわち,中心からの距離が1/√nの内接球よりわずかに小さいところに近づいていくのである.
半径1/√nの内接球はn次元切頂八面体の体積に最も近い内接球であるが,その近似の良し悪しはスターリング近似と比較することによって調べることができる.ここでも簡単のため,偶数次元の場合(n=2k)だけを扱うことにする.
1/2・(2/n)^n・2^n〜1/2・{1/k}^2k・2^2k
π^(n/2)/Γ(n/2+1)・r^n〜π^k/k!・r^2k
r=1/√nとおくと
1/2・{1/k}^2k・2^2k〜π^k/k!・1/(2k)^k
k!/k^k〜2(π/8)^k
のオーダーであるということができる.
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