阶乘的进步一延拓——Gamma函数几个公式
上一期:实数的阶乘——欧拉积分中介绍了欧拉两类积分,
本期主要讨论欧拉第二类积分,即Gamma函数

欧拉-马歇罗尼常数
这个十分重要的常数是在调和级数中产生的,我们都知道
将积分区间切开,写成以下形式:
因为在正半轴上单调递减,根据微积分中值定理
令,得到
即它俩极限的差收敛到一个0到1之间的常数,此外还可以由此轻松得到调和级数成对数状发散,而这个常数就是欧拉-马歇罗尼常数(Euler—Mascheroni constant),有时也叫欧拉常数,记为
由于它是在极限中产生的常数,所以它的超越性是尚不好确定的,并且事实上这个常数的无理性的证明都是十分棘手的,但我们可以通过一下方法计算它的近似值,令
则它的极限就是Euler常数
由此可以计算该常数约为
复平面上的解析延拓
我们先前规定了在Gamma函数的积分中s为一大于零的实数,因为这样右边的积分才收敛
如果我们把s换成一个复数,那么该积分在的平面上是收敛的,但是这并不能让我们满足,不妨试着将Gamma函数延拓到整个复平面,
对此,我们希望它在复平面上满足以下条件:
对于第二个递推条件,取s=0,得到
发现它在s=0处出现了极点,再根据该递推公式,可知都是它的极点,这可不是好事,但是又注意到满足上述两个条件的
在复平面上是没有零点的,那我们就可以取它的倒数了,这样一来
就是复平面上的全纯函数了,并且
是它的零点,而这个序列是趋向无穷的,又有
刚好这些条件满足Weierstrass分解定理,因此它可以展开为以下乘积:
对它取对数,得到
又根据Gauss公式,可得:
代入到上式中,可得
于是就得到了Gamma函数的Weierstrass公式:
至此就完成了Gamma函数在复平面上的解析延拓
对上面的公式作变换
取倒数就又可以得到Gauss公式了,并且它还了告诉我们该乘积公式在复平面上除了外都收敛到解析函数
又有:
由此便可得

余元和倍元公式
余元公式
根据上面第二个公式,有
观察发现蓝色部分就是我们前几期推导过的的无穷乘积展开,因此
最后根据递推公式,可得
这就是Gamma函数的余元公式了,代入,可得
又根据它的积分表式,可得Euler-Poisson积分:
倍元公式
(温馨提示:下面的推理可能会"吵"到您的眼睛)
根据Gauss公式,有
拎出红色部分
再把绿色部分拎出来,
代回上式中,即可得
或者

一个积分
最后本期专栏就以一个积分来收尾吧
其中的根号看起来十分不友好,那我们不妨设
看到这个东西,就不难联想到beta函数了,作代换,
再根据余元公式,可得
所以就能得到上面的积分了:
此外还可以得到
根据它们就来可以整一些奇怪的积分了,比如



