ガンマ関数の漸化式
ガンマ関数は以下の漸化式を満たす。
\[ \Gamma(z+1)=z\Gamma(z) \]
\[ \Gamma(z+1)=z\Gamma(z) \]
-
\(\Gamma\left(z\right)\)はガンマ関数(0)
\(0<\Re z\)とする。\begin{align*} \Gamma(z+1) & =\int_{0}^{\infty}t^{z+1-1}e^{-t}dt\\ & =-\left[t^{z}e^{-t}\right]_{t=0}^{t=\infty}+z\int_{0}^{\infty}t^{z-1}e^{-t}dt\\ & =z\Gamma(z) \end{align*}
(0)-2
ガンマ関数のハンケル積分表示を使う。\begin{align*} \Gamma\left(z\right) & =\frac{i}{2\sin\left(\pi z\right)}\int_{C}\left(-\tau\right)^{z-1}e^{-\tau}d\tau\\ & =\frac{i}{2\sin\left(\pi z\right)}\lim_{R\rightarrow\infty}\int_{C\left(0,R,0,2\pi\right)}\left(-\tau\right)^{z-1}e^{-\tau}d\tau\\ & =\frac{i}{2\sin\left(\pi z\right)}\lim_{R\rightarrow\infty}\int_{0}^{2\pi}\left(-Re^{i\theta}\right)^{z-1}e^{-Re^{i\theta}}iRe^{i\theta}d\theta\\ & =\frac{1}{2\sin\left(\pi z\right)}\lim_{R\rightarrow\infty}\int_{0}^{2\pi}\left(-Re^{i\theta}\right)^{z}e^{-Re^{i\theta}}d\theta\\ & =\frac{1}{2\sin\left(\pi z\right)}\lim_{R\rightarrow\infty}\left(\left[\frac{\left(-Re^{i\theta}\right)^{z}}{iz}e^{-Re^{i\theta}}\right]_{0}^{2\pi}-\int_{0}^{2\pi}\frac{\left(-Re^{i\theta}\right)^{z}}{iz}e^{-Re^{i\theta}}\left(-iRe^{i\theta}\right)d\theta\right)\\ & =\frac{1}{2\sin\left(\pi z\right)}\lim_{R\rightarrow\infty}\left(\frac{e^{-R}}{iz}\left(\left(-Re^{2\pi i}\right)^{z}-\left(-R\right)^{z}\right)-\frac{1}{z}\int_{0}^{2\pi}\left(-Re^{i\theta}\right)^{z+1}e^{-Re^{i\theta}}d\theta\right)\\ & =\frac{1}{2\sin\left(\pi z\right)}\lim_{R\rightarrow\infty}\left(\frac{e^{-R}R^{z}}{iz}\left(\left(-e^{2\pi i}\right)^{z}-\left(-1\right)^{z}\right)-\frac{1}{z}\int_{0}^{2\pi}\left(-Re^{i\theta}\right)^{z+1}e^{-Re^{i\theta}}d\theta\right)\\ & =\frac{-1}{2z\sin\left(\pi z\right)}\lim_{R\rightarrow\infty}\int_{0}^{2\pi}\left(-Re^{i\theta}\right)^{z+1}e^{-Re^{i\theta}}d\theta\\ & =\frac{1}{2z\sin\left(\pi\left(z+1\right)\right)}\lim_{R\rightarrow\infty}\int_{0}^{2\pi}\left(-Re^{i\theta}\right)^{z+1}e^{-Re^{i\theta}}d\theta\\ & =\frac{\Gamma\left(z+1\right)}{z} \end{align*} これより、
\[ \Gamma(z+1)=z\Gamma(z) \] この場合、\(z\ne0\)で成り立つ。
ページ情報
| タイトル | ガンマ関数の漸化式 |
| URL | https://www.nomuramath.com/tj19g8wm/ |
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ディガンマ関数の積分表示
\[
\psi\left(z\right)=-\gamma+\int_{0}^{1}\frac{1-x^{z-1}}{1-x}dx
\]
第1種・第2種不完全ガンマ関数の整数値
\[
\gamma\left(n+1,x\right)=-e^{-x}\sum_{k=0}^{n}\left(P\left(n,k\right)x^{n-k}\right)+n!
\]
ポリガンマ(ディガンマ)関数の乗法公式
\[
\psi^{\left(m\right)}\left(nz\right)=\delta_{0,m}\log n+\frac{1}{n^{m+1}}\sum_{k=0}^{n-1}\psi^{\left(m\right)}\left(z+\frac{k}{n}\right)
\]
そのままだとΓ(0)になる積分
\[
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-nx}}{1-e^{-x}}\right)dx=H_{n-1}-\gamma
\]

