■ガンマ関数とボーア・モレルップの定理(その36)
f(x)=1/(1-x^2)^(1/2)
のとき,弧長積分
sin^(-1)z=∫(0,z)f(x)dx
であるから,
2∫(0,1)f(x)dx=3.141592・・・=π
∫(0,1)f(x)dx=π/2
となる.それでは,
f(x)=1/(1-x^4)^(1/2)
としたとき,弧長積分
∫(0,1)f(x)dx=1.311028・・・=ω/2
は,どのようにすれば得られるのでしょうか?
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ベータ関数において,a=m/n,b=1/2とおき,t=x^nと置換すると,
∫(0,1)x^(m-1)/(1-x^n)^(1/2)dx=Γ(m/n)√π/nΓ(m/n+1/2)
したがって,
(m,n)=(1,1)のとき,∫(0,1)1/(1-x^1)^(1/2)dx=2
(m,n)=(1,2)のとき,∫(0,1)1/(1-x^2)^(1/2)dx=π/2
(m,n)=(1,3)のとき,∫(0,1)1/(1-x^3)^(1/2)dx=Γ^3(1/3)/2^(4/3)3^(1/2)π
(m,n)=(1,4)のとき,∫(0,1)1/(1-x^4)^(1/2)dx=Γ^2(1/4)/2^(5/2)π^(1/2)
が得られます.
∫(0,1)1/(1-x^1)^(1/2)dx=2
∫(0,1)1/(1-x^2)^(1/2)dx=π/2
は初等的にも得ることができます.一方,
∫(0,1)1/(1-x^3)^(1/2)dx=Γ^3(1/3)/2^(4/3)3^(1/2)π
∫(0,1)1/(1-x^4)^(1/2)dx=Γ^2(1/4)/2^(5/2)π^(1/2)
は,特別な数と楕円積分を関係づけるものになっています.
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Γ(1/2)=√π=1.7724538509・・・
Γ(1/3)=2.6789385347・・・
Γ(1/4)=3.625609907・・・
πとΓ(1/3)は代数的に独立であることが示されている.Γ(1/4)は超越数である.ワイエルシュトラス積に関連して現れる
2^5/4・π^1/2・exp(π/8)/Γ^2(1/4)
はπ,exp(π),Γ(1/4)が代数的に独立であることを示す手段となり得るかもしれない.
Γ(1)=1
Γ(2)=1
Γ(x)はx=1.4616321449のとき,最小値0.8856031944・・・をとる.
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