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Γ(n+1/2)を計算する

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Γ関数の性質で今回使うものを極力省略することなく証明していきたいと思います。

まずはΓ関数の定義を確認しましょう。

Γ関数の定義

Re(s)>0となる複素数sについてΓ(s):=0ts1etdt

では色々証明していきたいと思います。

階乗の一般化

Re(s)>0となる複素数sについてΓ(s+1)=sΓ(s)

部分積分を用いる
Γ(s+1)=0ts(et)dt=[tset]0+s0ts1etdt=sΓ(s)     ()

階乗の一般化

自然数nについてΓ(n+1)=n!

定理1Γ(1)=1となることから自然数nについてΓ(n+1)=n!が成立する

この意味でΓ関数は階乗の定義域を複素数の範囲まで拡張したものとなっている(元々Γ関数は階乗の一般化として導入されたものである)。
他にもこのような関数が存在するのではないかという疑問が生じるが、Bohr-Mollerupの定理から

  1. 対数凸
  2. F(x+1)=xF(x)
  3. F(1)=1
    の全てを満たす複素関数はΓ関数のみに限られることが分かる。
Γ関数の特殊値

Γ(12)=π

Γ(12)=0t12etdt=01yey22ydy(t=y2)=20ey2dy=π   ()
但し最後の式変形でGauss積分を用いた

今回の目的

Γ(n+12)

Γ(n+12)=(2n)!4nn!π

Γ(s+1)=sΓ(s)Γ(12)=πを用いると
Γ(32)=Γ(1+12)=12Γ(12)=12πΓ(52)=Γ(1+32)=32Γ(32)=3212πΓ(72)=Γ(1+52)=52Γ(52)=523212π\
以下帰納的にΓ(n+12)=(2n1)!!2nπが得られる
ここで(2n1)!!=(2n)!2nn!を用いると
Γ(n+12)=(2n)!4nn!π   (証明終)

 

投稿日:2020119
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