РефератыМатематикаГаГамма функции

Гамма функции

1.
Бэта-функции

6


Бэта – функции определяются интегралом Эйлера первого рода:


= (1.1)


сходятся при .Полагая =1 – t получим:


= - =


т.e. аргумент и входят в симетрично. Принимая во внимание тождество



по формуле интегрирования почестям имеем



Откуда


= (1.2)


7


При целом b = n последовательно применяя(1.2)


Получим


(1.3)


при целых = m,= n,имеем



но B(1,1) = 1,следовательно:




Положим в (1.1) .Так как график функции симметрична относительно прямой ,то



8


и в результате подстановки ,получаем



полагая в(1.1) ,откуда ,получим


(1.4)


разделяя интеграл на два в пределах от 0 до 1 и от 1 до и применение ко второму интегралу подстановки ,получим


=


2.
Гамма-функция
9


Гамма функцию определяет интеграл Эйлера второго рода


G(a) = (2.1)


сходящийся при 0.Положим =ty,t > 0 ,имеем


G(a) =


и после замены , через и t через 1+t ,получим



Умножая это равенство и интегрируя по t и пределах от 0 до, имеем:



или на основании (1.4) и после изменения в правой части порядка интегрирования ,получаем:



10


откуда


(2.2)


заменяя в (2,1) ,на и интегрируем по частям



получаем рекурентною формулу


(2.3)



так как



но при целом имеем


(2.4)


то есть при целых значениях аргумента гамма-функция превращается в факториал.Порядок которого на единицу меньше взятого значения аргумента.При n=1 в (2.4) имеем



3. Производная гамма функции 11

Интеграл




сходится при каждом ,поскольку ,и интеграл при сходится.


В области , где - произвольное положительное число, этот интеграл сходится равномерно, так как и можна применить признак Веерштраса. Сходящимся при всех значениях является и весь интеграл так как и второе слогаемое правой части является интегралом, заведомо сходящимся при любом.Легко видеть что интеграл сходится пов любой области где произвольно.Действительно для всех указаных значений и для всех ,и так как сходится, то выполнены условия признака Веерштрасса. Таким образом , в области интеграл cходится равномерно.


Отсюда вытекает непрерывность гамма функции при.Докажем дифференцируемость этой функции при .Заметим что функция непрерывна при и, и покажем ,что интеграл :



12


сходится равномерно на каждом сегменте , . Выберем число так , чтобы ; тогда при .Поэтому существует число такое , что и на.Но тогда на справедливо неравенство



и так как интеграл сходится, то интеграл сходится равномерно относительно на . Аналогично для существует такое число , что для всех выполняется неравенство . При таких и всех получим , откуда в силу признака сравнения следует , что интеграл сходится равномерно относительно на . Наконец , интеграл



в котором подынтегральная функция непрерывна в области


, очевидно, сходится равномерно относительно на . Таким образом , на интеграл



13


сходится равномерно , а, следовательно , гаммма функция бесконечно дифференцируема при любом и справедливо равенство


.


Относительно интеграла можна повторить теже рассуждения и заключить, что



По индукции доказывается , что Г-функция бесконечно дифференцируема прии для ее я -ой производной справедливо равенство



Изучим теперь поведение - функции и построим єскиз ее графика .


Из выражения для второй производной -функции видно, что для всех . Следовательно, возрастает. Поскольку , то по теореме Роля на сегменте [1,2]производная при и при , т. е. Монотонно убывает на и монотонно возрастает на . Далее , поскольку , то при . При из формулы следует , что при .


14


Равенство , справедливое при , можно использовать при распространении - функции на отрицательное значение .


Положим для, что . Правая часть этого равенства определена для из (-1,0)
. Получаем, что так продолженная функция принимает на (-1,0) отрицательные значения и при , а также при функция .


Определив таким образом на , мы можем по той же формуле продолжить ее на интервал (-2,-1). На этом интервале продолжением окажется функция, принимающая положительные значения и такая, что при и . Продолжая этот процесс, определим функцию , имеющею разрывы в целочисленных точках (см. рис.1)


Отметим еще раз, что интеграл



определяет Г-функцию только при положительных значениях , продолжение на отрицательные значения осуществлено нами формально с помощью формулы приведения .


15



(рис.1)


4. Вычисление некоторых интегралов.
16


Формула Стирлинга


Применим гамма функцию к вычислению интеграла:



где m > -1,n > -1.Полагая , что ,имеем



и на основании (2.2) имеем


(3.1)


В интеграле



Где k > -1,n > 0,достаточно положить



17


Интеграл



Где s > 0,разложить в ряд



=


где дзетта функция Римана


Рассмотрим неполные гамма функции (функции Прима)



связанные неравенством




Разлагая, в ряд имеем



18



Переходя к выводу формулы Стирлинга , дающей в частности приближенное значение n! при больших значениях n ,рассмотрим предварительно вспомогательную функцию


(3.2)


Непрерывна на интервале (-1,) монотонно возрастает от до при изменении от до

и обращаются в 0 при u = 0.Так как



то при u > 0 и при u < 0 , далее имеем



И так производная непрерывна и положительна во всем интервале ,удовлетворяет условию


19



Из предыдущего следует, что существует обратная функция, определенная на интервале непрерывная и монотонно возрастающая в этом интервале,


Обращающаяся в 0 при v=0 и удовлетворяющая условие


(3.3)


Формулу Стирлинга выведем из равенства



полагая ,имеем



Положим далее введенная выше обратная функция, удовлетворяющая условиям u = -1при ,и при .Замечая что(см.3.2)



20


имеем


,


полагая на конец ,,получим



или



в пределе при т.е. при (см3.3)



откуда вытекает формула Стирлинга



которую можно взять в виде


21


(3.4)


где ,при


для достаточно больших полагают


(3.5)


вычисление же производится при помощи логарифмов



если целое положительное число, то и (3.5) превращается в приближенную формулу вычисления факториалов при больших значениях n



приведем без вывода более точную формулу



где в скобках стоит не сходящийся ряд.


5. Примеры вычисления интегралов
22


Для вычисления необходимы формулы:




Г()


Вычислить интегралы






23



Міністерство освіти і науки України

Запорізький державний університет


ДО ЗАХИСТУ ДОПУЩЕНИЙ

Зав. каф. Математичного аналізу


д. т. н. проф. ____ С.Ф. Шишканова


_________________________ 2002р.


ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

ГАМА ФУНКЦІЇ


Розробив

Ст..гр.. 8221-2


Садигов Р.А.

Керівник


Ст. викладач


Кудря В.І.

Запоріжжя 2002.


Содержание
Задание на курсовую работу........................... ...................................2

Реферат............................................................. ...................................4


введение............................................................ ...................................5


1. Бета функции……………………………………………..............6


2. Гамма функции....................................... ...................................9


3. Производная гамма функции ............... ..................................11


4. Вычисление интегралов формула Стирлинга............................16


5. Примеры вычеслений............................. ..................................22


вывод................................................................ ..................................24


Список литературы……………………………………………..............25


















Реферат



Курсовая работа: 24 ст., 5 источников, 1 рис.

Обьект иследований: гамма и ее приложения.


В работе идет речь о представлении бета и гамма функций с помощью интегралов Эйлера соответствено первого и второго рода. И о их применении для вычисления интегралов.


Ключевые слова:


ГАММА И БЕТА ФУНКЦИЯ, ИНТЕГРАЛ ЭЙЛЕРА, ПРОИЗВОДНАЯ, ПРЕДЕЛ.















Введение


Выделяют особый класс функций, представимых в виде собственого либо несобственого интеграла, который зависит не только от формальной переменной, а и от параметра.


Такие функции называются интегралами зависящими от параметра. К их числу относятся гамма и бета функции Эйлера.


Бета функции представимы интегралом Эйлера первого рода:



гамма функция представляется интегралом Эйлера второго рода:
















Вывод


Гамма функции являются удобным средством для вычисления некоторых интегралов в частности многих из тех интегралов, которые не представимы в элементарных функциях.


Благодаря этому они широко применяются в математике и ее приложениях, в механике, термодинамике и в других отраслях современной науки.


Список литературы


1. Специальные функции и их приложения:


Лебедев И.И.,М.,Гостехтериоиздат,1953

2. Математический анализ часть 2:


Ильин О.А., Садовничий В.А., Сендов Бл.Х.,М.,”Московский университет”,1987


3. Сборник задач по математическому анализу:


Демидович Б.П.,М.,Наука,1966


4. Интегралы и ряды специальные функции:


Прудников А.П., Брычков Ю.А.,М.,Наука,1983


5. Специальные функции:


Кузнецов , М.,”Высшая школа”,1965

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Гамма функции

Слов:1547
Символов:15422
Размер:30.12 Кб.