伽马函数的参数怎么标定
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发布时间:2023-05-18 22:54
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时间:2023-10-12 02:38
伽玛函数(Gamma Function)作为阶乘函数的延拓,是定义在复数范围内的亚纯函数,通常写成
,负整数和0是它的一阶极点。
(1)在实数域上伽玛函数定义为:
(2)在复数域上伽玛函数定义为:
其中
,此定义可以用解析延拓原理拓展到整个复数域上,非正整数除外。
复平面上的Gamma 函数
(3)在以上定义中换元,可以得到伽马函数另外一个写法:
(4)伽马函数还有一种定义(欧拉无穷乘积定义):[1]
此式对复平面上除了负整数或0的点
都成立,因此可以作为一种普遍的定义。
(5)伽马函数还有一种定义(维尔斯特拉斯无穷乘积定义):[1]
其中
是欧拉-马歇若尼常数。
不完全Gamma函数
详见不完全伽马函数
历史背景
1728年,哥德*在考虑数列插值的问题,通俗的说就是把数列的通项公式定义从整数集合延拓到实数集合,例如数列1,4,9,16.....可以用通项公式n2自然的表达,即便 n 为实数的时候,这个通项公式也是良好定义的。直观的说也就是可以找到一条平滑的曲线y=x2通过所有的整数点(n,n2),从而可以把定义在整数集上的公式延拓到实数集合。一天哥德*开始处理阶乘序列1,2,6,24,120,720,...,我们可以计算2!,3!,是否可以计算2.5!呢?我们把最初的一些(n,n!)的点画在坐标轴上,确实可以看到,容易画出一条通过这些点的平滑曲线。
但是哥德*无法解决阶乘往实数集上延拓的这个问题,于是写信请教尼古拉斯·伯努利和他的弟弟丹尼尔·伯努利,由于欧拉当时和丹尼尔·伯努利在一块,他也因此得知了这个问题。欧拉于1729 年解决了这个问题,由此导致了伽玛函数的诞生,当时欧拉只有22岁。
伽马函数的推导
对
进行离散与连续展开,有
对比系数,有
必须在一致收敛域
内。
最后的积分中我们可以让
取任意实数,这样我们就把阶乘延拓到实数集中了
函数性质
1、通过分部积分的方法,可以推导出这个函数有如下的递归性质:
于是很容易证明,伽马函数可以当成是阶乘在实数集上的延拓,对于正整数n,具有如下性质:
2、与贝塔函数的关系:
3、在概率的研究中有一个重要的分布叫做伽玛分布:
其中
。
4、对
,有
这个公式称为余元公式。
由此可以推出以下重要的概率公式:
5、对于
,伽马函数是严格凸函数。
6、伽马函数是亚纯函数,在复平面上,除了零和负整数点以外,它全部解析,而伽马函数在
处的留数为
Stirling公式
Gamma 函数从它诞生开始就被许多数学家进行研究,包括高斯、勒让德、魏尔斯特拉斯、刘维尔等等。这个函数在现代数学分析中被深入研究,在概率论中也是无处不在,很多统计分布都和这个函数相关。Gamma 函数作为阶乘的推广,首先它也有和 Stirling 公式类似的一个结论:即当x取的数越大,Gamma 函数就越趋向于 Stirling 公式,所以当x足够大时,可以用Stirling 公式来计算Gamma 函数值。Stirling公式常见的形式有