■スターリングの公式と・・・(その3)
ここでは,発散級数
Σklogk→∞
の誤差項を評価してみたい.
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【1】オイラー・マクローリンの和公式
Σ(1,∞)klogkは発散する.超階乗がでてくるから明らかであろう(超階乗は正の整数 n について H(n)=Πk^k).
そこで,オイラー・マクローリンの和公式を用いることにする.
f(x)=xlogx
f’(x)=logx+1
f”(x)=1/x
f^(3)(x)=−1/x^2
f^(4)(x)=2/x^3
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Σ(1,n)klogk〜∫(1,n)xlogxdx+(f(n)+f(1))/2+(f'(n)-f'(1))/12+R
∫(1,n)xlogxdx=[x^2/2・logx]-∫(1,n)x/2dx=n^2/2・logn-n^2/4+1/4
(f(n)+f(1))/2=n/2・logn
(f'(n)-f'(1))/12=1/12・logn
より
Σklogk〜(n^2/2+n/2+1/12)・logn-n^2/4*n^2+1/4+R
|R|<=2ζ(2)/(2π)^2∫(1,n)1/xdx〜1/12・logn
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Σ(1,n)klogk〜∫(1,n)xlogxdx+(f(n)+f(1))/2+(f'(n)-f'(1))/12-(f^(3)(n)-f^(3)(1))/720+R
∫(1,n)xlogxdx=[x^2/2・logx]-∫(1,n)x/2dx=n^2/2・logn-n^2/4+1/4
(f(n)+f(1))/2=n/2・logn
(f'(n)-f'(1))/12=1/12・logn
(f^(3)(n)-f^(3)(1))/720=(-1/n^2+1)/720
より
Σklogk〜(n^2/2+n/2+1/12)・logn-n^2/4+1/4-(1/n^2-1)/720+R
|R|<=2ζ(4)/(2π)^4∫(1,n)2/x^3dx〜1/120・l/n^4
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【2】まとめ
オイラー・マクローリンの和公式は,以下
+(f^(5)(n)-f^(5)(1))/30240
-(f^(7)(n)-f^(7)(1))/1209600
と続く.
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