■スターリングの公式の同値な言い換え(その1)
[1]スターリングの公式の同値条件
スターリングの公式は
n!〜√(2πn)n^nexp(−n)
ですが,ゼータ正規化積
Πn=√(2π)
という解釈を与えることができる.
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[2]ウォリスの公式の同値条件
ウォリスの公式
lim1/√n・2・4・・・(2n)/1・3・・・(2n−1)=√π
は
sin(π/2)=1
と同値である.
(証)sinxの無限積表示
sinx=xΠ(1−x^2/n^2π^2)
を用いると,
sin(π/2)=π/2Π(1−1/4n^2)
ここで,
Π(1−1/4n^2)=Π(2n−1)(2n+1)/(2n)^2
={1・3・・・(2n−1)/2・4・・・(2n)}^2√n=1/√π
したがって,
sin(π/2)=1
←→lim{1・3・・・(2n−1)/2・4・・・(2n)}^2(2n+1)=2/π
←→lim{1・3・・・(2n−1)/2・4・・・(2n)}(2n+1)=2/π (ウォリスの公式)
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[3]ウォリスの公式の同値条件(その2)
ウォリスの公式
lim1/√n・2・4・・・(2n)/1・3・・・(2n−1)=√π
は
Γ(1/2)=√π
と同値である.
(証)Γ(x)の無限積表示
Γ(x)=1/x・exp(−γx)Π{(1+x/n)^-1exp(x/n)}
を用いると,
Γ(1/2)=2・exp(−γ/2)Π{(1+1/2n)^-1exp(1/2n)}
ここで,右辺は
2n/(2n+1)exp(1/2(1+1/2+・・・+1/n−logn)−γ/2))・1/√n・2・4・・・(2n)/1・3・・・(2n−1)
となるので,
Γ(1/2)=lim1/√n・2・4・・・(2n)/1・3・・・(2n−1)=√π
が確認される.
なお,
Γ(x)=1/x・exp(−γx)Π{(1+x/n)^-1exp(x/n)}
Γ(1−x)=(−x)Γ(−x)
=exp(γx)Π{(1−x/n)^-1exp(−x/n)}
より,
Γ(x)Γ(1−x)=1/x・Π{(1−x^2/^2n)^-1
=π/sin(πx)
が得られる.
これは三角関数が2つのガンマ関数の積に分解できることを意味している.
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