欢迎光临散文网 会员登陆 & 注册

【趣味数学题】 欧拉-马歇罗尼常数

2021-11-02 21:40 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

郑涛(Tao Steven Zheng)著

【问题】

题一: 伽马函数(gamma function)的导函数。

%5CGamma(n)%20%3D%20%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20%5Cinfty%20%20%7D%7B%20%7B%20t%20%7D%5E%7B%20n-1%20%7D%7B%20e%20%7D%5E%7B%20-t%20%7D%20%7D%20dt

题二: 欧拉-马歇罗尼常数(Euler-Mascheroni constant)定义为

%20%5Clim_%7Bn%5Crightarrow%20%5Cinfty%7D%7B%5Cleft%5B%7B%20H%20%7D_%7B%20n%2B1%20%7D%20-%5Cln%7B(n)%7D%5Cright%5D%7D%20%3D%20%5Cgamma

用题一的结果来证明 %7B%5CGamma%7D%5E%7B'%7D%20(1)%20%3D%20-%5Cgamma


【题解】

题一

考虑用极限改写伽马函数

%5CGamma(n)%20%3D%20%5Clim%20_%7B%20x%5Crightarrow%20%5Cinfty%20%20%7D%7B%20%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20x%20%7D%7B%20%7B%20e%20%7D%5E%7B%20-t%20%7D%7B%20t%20%7D%5E%7B%20n-1%20%7D%20%7D%20dt%20%7D%20

使用莱布尼兹公式(Leibniz rule):

%5Cfrac%7Bd%7D%7Bdx%7D%5Cint_%7Ba(x)%7D%5E%7Bb(x)%7D%20f(x%2Ct)dt%20%3D%20%5Cint_%7Ba(x)%7D%5E%7Bb(x)%7D%5Cfrac%7B%5Cpartial%7D%7B%5Cpartial%20x%7D%20f(x%2Ct)%20dt%20%2B%20f%5Cbig(x%2Cb(x)%5Cbig)%5Ccdot%20b'(x)%20-%20f%5Cbig(x%2Ca(x)%5Cbig)%5Ccdot%20a'(x)

记得这个问题要把 x%20 改换为 %20n%20!!!

由于

%5Cfrac%7B%5Cpartial%20f%7D%7B%5Cpartial%20n%7D%20%3D%20%7Bt%7D%5E%7Bn-1%7D%7Be%7D%5E%7B-t%7D%20%5Cln%7B(t)%7D

所以

%5Cbegin%7Balign%7D%0A%5CGamma%20'(n%2Ct)%20%26%3D%20%5Clim%20_%7B%20x%5Crightarrow%20%5Cinfty%20%20%7D%7B%20%5Cleft%5B%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20x%20%20%7D%7B%7Bt%7D%5E%7Bn-1%7D%5Cln(t)%7Be%7D%5E%7B-t%7D%7D%20dt%20-%20%5Cleft(%7B%20x%20%7D%5E%7B%20n-1%20%7D%7B%20e%20%7D%5E%7B-x%7D%5Cright)%20%5Ccdot%201%20-%200%20%5Ccdot%200%20%5Cright%5D%20%7D%20%20%5C%5C%0A%26%3D%20%5Clim%20_%7B%20x%5Crightarrow%20%5Cinfty%20%20%7D%7B%20%5Cleft%5B%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20x%20%20%7D%7B%7Bt%7D%5E%7Bn-1%7D%5Cln(t)%7Be%7D%5E%7B-t%7D%7D%20dt%20-%20%7B%20x%20%7D%5E%7B%20n-1%20%7D%7B%20e%20%7D%5E%7B-x%7D%5Cright%5D%20%7D%20%5C%5C%0A%26%3D%20%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20%5Cinfty%20%7D%7B%20%7B%20e%20%7D%5E%7B%20-t%20%7D%7B%20t%20%7D%5E%7B%20n-1%20%7D%20%5Cln%5Cleft(t%5Cright)%7D%20dt%20%5C%5C%0A%5Cend%7Balign%7D

题二
因为 n%3D1

%7B%5CGamma%7D%5E%7B'%7D(1)%3D%20%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20%5Cinfty%20%7D%7B%20%7B%20e%20%7D%5E%7B%20-t%20%7D%5Cln%5Cleft(t%5Cright)%7D%20dt%20

%20%7Be%7D%5E%7B-t%7D 写成 %5Clim%20_%7B%20n%5Crightarrow%20%5Cinfty%20%20%7D%7B%20%5Cleft(1-%5Cfrac%7Bt%7D%7Bn%7D%20%5Cright)%5E%7Bn%7D%20%7D;然后,令 s%20%3D%201%20-%20%5Cfrac%7Bt%7D%7Bn%7D%20-nds%20%3D%20dt%20,可得

%20%5Cbegin%7Balign%7D%0A%5Clim%20_%7B%20n%5Crightarrow%20%5Cinfty%20%20%7D%7B%20%5Cleft%5B%20%5Cint%20_%7B%201%7D%5E%7B%200%7D%7B%20%7B%20s%20%7D%5E%7B%20n%20%7D%20%7D%20%5Cleft%5B%5Cln(n)%2B%5Cln(1-s)%20%5Cright%5D%20(-n)ds%20%5Cright%5D%20%20%7D%20%20%5C%5C%0A%20%26%3D%20%5Clim%20_%7B%20n%5Crightarrow%20%5Cinfty%20%20%7D%7B%20%5Cleft%5B%20n%5Cln%7B(n)%7D%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%201%20%7D%7B%20%7B%20s%20%7D%5E%7B%20n%20%7D%20%7D%20ds%2B%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%201%20%7D%7B%20%7B%20s%20%7D%5E%7B%20n%20%7D%20%7D%20%5Cln(1-s)ds%20%5Cright%5D%20%20%7D%20%20%5C%5C%0A%20%26%3D%5Clim%20_%7B%20n%5Crightarrow%20%5Cinfty%20%20%7D%7B%20%5Cleft%5B%20%5Cfrac%20%7B%20n%20%7D%7B%20n%2B1%20%7D%20%5Cln%7B(n)%7D%20%2B%5Cfrac%20%7B%20-1%20%7D%7B%20n%2B1%20%7D%20%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%201%20%7D%7B%20%5Cfrac%20%7B%20%7B%20s%20%7D%5E%7B%20n%2B1%20%7D-1%20%7D%7B%20s-1%20%7D%20%20%7D%20ds%20%5Cright%5D%20%20%7D%20%20%20%5C%5C%0A%20%26%3D%5Clim%20_%7B%20n%5Crightarrow%20%5Cinfty%20%20%7D%7B%5Cfrac%20%7B%20n%20%7D%7B%20n%2B1%20%7D%20%5Cleft%5B%5Cln%7B(n)%7D-%7B%20H%20%7D_%7B%20n%2B1%20%7D%20%5Cright%5D%7D%20%5C%5C%0A%5Cend%7Balign%7D%20


因为 欧拉-马歇罗尼常数(Euler-Mascheroni constant)定义为 %5Clim_%7Bn%5Crightarrow%20%5Cinfty%7D%7B%5Cleft%5B%7B%20H%20%7D_%7B%20n%2B1%20%7D%20-%5Cln%7B(n)%7D%20%5Cright%5D%7D%20, 我们发现

%20%7B%5CGamma%7D%5E%7B'%7D%20(1)%20%3D%20-%5Cgamma%20

欧拉-马歇罗尼常数的数值是大约 0.577216。



【趣味数学题】 欧拉-马歇罗尼常数的评论 (共 条)

分享到微博请遵守国家法律