概要

階乗の一般化

$$\Gamma(z)=\int_0^\infty t^{z-1}e^{-t}dt$$

 > gamma(1)
 [1] 1
 > gamma(2)
 [1] 1
 > gamma(3)
 [1] 2
 > gamma(4)
 [1] 6
 > gamma(5)
 [1] 24
 > gamma(1.5)
 [1] 0.886227
 > gamma(0.5)
 [1] 1.772454
 > gamma(0.1)
 > curve(gamma,0.1,4)

$z=n+1$ で整数のとき・・・

$$\Gamma(n+1)=n!$$

不完全ガンマ関数として次の2種類がある。

$$\gamma(z,x)=\int_0^x t^{z-1}e^{-t}dt$$
$$\Gamma(z,x)=\int_x^\infty t^{z-1}e^{-t}dt$$

 ガンマ関数の性質

$$\Gamma(x+1)=x\Gamma(x)$$

一階の微分
$$\Gamma'(x)=\Gamma(x)\frac{\Gamma'(x)}{\Gamma(x)}=\Gamma(x)\varphi(x)$$

二階の微分

$$\Gamma”(x)=\Gamma(x)\left(\frac{\Gamma'(x)}{\Gamma(x)}\right)^2+\Gamma(x)\left(\frac{\Gamma'(x)}{\Gamma(x)}\right)’=\Gamma(x)\varphi(x)^2+\Gamma(x)\varphi'(x)$$

$\varphi(n)$は・・・

$$\varphi(1)=\frac{\Gamma'(1)}{\Gamma(1)}=-\gamma$$

$$\varphi(n)=\frac{\Gamma'(n)}{\Gamma(n)}=-\gamma+\sum_{k=1}^{n-1}\frac{1}{k}, \ n\gt 2$$

 > psigamma(1)
 [1] -0.5772157
 > psigamma(2)
 [1] 0.4227843
 > psigamma(3)
 [1] 0.9227843
 > curve(psigamma,0.2,4)

$\varphi'(n)$は・・・

$$\varphi'(1)=\left(\frac{\Gamma'(1)}{\Gamma(1)}\right)’=\frac{\pi^2}{6}$$

$$\varphi'(n)=\left(\frac{\Gamma'(n)}{\Gamma(n)}\right)’=\frac{\pi^2}{6}-\sum_{k=1}^{n-1}\frac{1}{k^2}, \ n\gt 2$$

 > psigamma(1,1)
 [1] 1.644934
 > pi*pi/6
 [1] 1.644934
 > psigamma(3,1)
 [1] 0.3949341
 > psigamma(1,1)-1-1/4
 [1] 0.3949341