Г函式

Г函式

Г函式是含參變數的以無窮乘積函式定義的反常積分。作為歐拉積分中一個重要的積分,它與B函式存在一定的聯繫。並且它在定積分也有重要的套用。

函式形式

含參變數α(α>0)的反常積分:

Г函式 Г函式

性質

收斂性

Г函式 Г函式

Φ(s)的收斂性:當s≧1時是正常積分,所以其收斂;當0〈s〈1時,由柯西判別法可推得其是收斂的。

Ψ(s)的收斂性:當s〉0時,由柯西判別法推得其是收斂的。

故含參量積分Γ(x)在s〉0時收斂,其定義域為s〉0。

連續性

Г函式 Г函式
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在任何閉區間[a,b](a>0)上,對於函式Φ(s),當0〈x≦1時有 ≦ ,由於 收斂,從而Φ(s)在[a,b]上收斂;對於Ψ(s),當1≦x〈+∞時,有 ≦ ,由於 收斂,從而Ψ(s)在[a,b]上也一致收斂。於是Γ(s)在s〉0上連續。

可導性

Г函式 Г函式
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考察積分 = 。它在任何區間[a,b](a〉0)上一致收斂。於是由含參量反常積分的可微性得出Γ(s)在[a,b]上可導,由a,b的任意性,Γ(s)在s〉0上可導。

遞推公式

Г函式 Г函式

證明:

對下述積分套用分布積分法,有

Г函式 Г函式
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令 就得到Γ函式的遞推公式:

Г函式 Г函式

推論:

Г函式 Г函式
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當s趨於0時, Γ(s)趨於+∞

Г函式 Г函式
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Γ函式的圖像

Г函式 Г函式
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對於一切 , 和 恆大於0,因此 的圖像位於s軸的上方,且是向下凸的。因為 ,所以 在 上僅存在的極小值點 且 。又 在 內嚴格增,在 內嚴格減。

由於

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所以

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由 和 在 上嚴格增可得:

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綜上所述, 函式的圖像如圖1中s>0部分所示 。

圖1.伽馬函式 圖1.伽馬函式

Γ函式與Β函式之間的關係

對於任意的實數p,q:

Г函式 Г函式

套用

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已知 ,試證 。

證明:

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