פונקציית גמא – הבדלי גרסאות
מ בוט משנה: eo:Γ-funkcio |
שונות, תיקון קישור [JS] |
||
שורה 1: | שורה 1: | ||
'''פונקציית גמא''' היא [[פונקציה]] [[פונקציה מרוכבת|מרוכבת]] [[פונקציה מרומורפית|מֶרוֹמורפית]], המרחיבה את מושג ה"[[עצרת]]" לכל [[המישור המרוכב]]: לכל מספר טבעי <math>\ n=1,2,\dots</math>, הפונקציה מקבלת את הערך <math>\ \Gamma(n)=(n-1)!</math>. |
'''פונקציית גמא''' היא [[פונקציה]] [[פונקציה מרוכבת|מרוכבת]] [[פונקציה מרומורפית|מֶרוֹמורפית]], המרחיבה את מושג ה"[[עצרת]]" לכל [[המישור המרוכב]]: לכל מספר טבעי <math>\ n=1,2,\dots</math>, הפונקציה מקבלת את הערך <math>\ \Gamma(n)=(n-1)!</math>. |
||
הפונקציה הוגדרה לראשונה על ידי [[לאונרד אוילר]] באמצע המאה ה-18, אך הסימון של ה[[פונקציה]] באות <math>\ \Gamma</math> נכנס לשימוש בעקבות עבודתו של [[לז'נדר]]. [[גאוס]] הציע גרסה מעט שונה של פונקציית גמא, <math>\ \Pi(z) = \Gamma(z+1)</math>, לה הוא קרא "פונקציית פאי", אלא שהסימון של לז'נדר הועדף ב[[צרפת]], ובעקבות זאת גם בשאר העולם. |
הפונקציה הוגדרה לראשונה על ידי [[לאונרד אוילר]] באמצע המאה ה-18, אך הסימון של ה[[פונקציה]] באות <math>\ \Gamma</math> נכנס לשימוש בעקבות עבודתו של [[לז'נדר]]. [[גאוס]] הציע גרסה מעט שונה של פונקציית גמא, <math>\ \Pi(z) = \Gamma(z+1)</math>, לה הוא קרא "פונקציית פאי", אלא שהסימון של לז'נדר הועדף ב[[צרפת]], ובעקבות זאת גם בשאר העולם. |
||
הפונקציה מוגדרת במחצית הימנית של המישור המרוכב באמצעות ה[[אינטגרל]] <math> \Gamma(z) = \int_0^\infty t^{z-1}\,e^{-t}\,dt</math>. |
הפונקציה מוגדרת במחצית הימנית של המישור המרוכב באמצעות ה[[אינטגרל]] <math> \Gamma(z) = \int_0^\infty t^{z-1}\,e^{-t}\,dt</math>. |
||
לפונקציית גמא [[קוטב (אנליזה מרוכבת)|קטבים]] (פשוטים) בנקודות <math>\,z=0,-1,-2,\dots</math> בלבד, ואין לה שורשים. הפונקצייה מקיימת את ה[[משוואה פונקציונלית|משוואה הפונקציונלית]] <math>\ \Gamma(z+1) = z\Gamma(z)</math>, המסבירה את הקשר לפונקציית העצרת, ועוד זהויות פונקציונליות רבות אחרות. |
לפונקציית גמא [[קוטב (אנליזה מרוכבת)|קטבים]] (פשוטים) בנקודות <math>\,z=0,-1,-2,\dots</math> בלבד, ואין לה שורשים. הפונקצייה מקיימת את ה[[משוואה פונקציונלית|משוואה הפונקציונלית]] <math>\ \Gamma(z+1) = z\Gamma(z)</math>, המסבירה את הקשר לפונקציית העצרת, ועוד זהויות פונקציונליות רבות אחרות. |
||
== הגדרה == |
== הגדרה == |
||
פונקציית גמא מוגדרת על ידי ה[[אינטגרל]] הבא: |
פונקציית גמא מוגדרת על ידי ה[[אינטגרל]] הבא: |
||
<div style="text-align: center;"> |
<div style="text-align: center;"> |
||
שורה 21: | שורה 20: | ||
=== הקשר לפונקציית עצרת === |
=== הקשר לפונקציית עצרת === |
||
[[ |
[[קובץ:Gamma plot.svg|שמאל|250px|ממוזער|גרף של פונקציית גמא על הישר הממשי]] |
||
ניתן להראות שעבור [[מספר טבעי|מספרים טבעיים]], פונקציית גמא שווה לפונקציית ה[[עצרת]]. |
ניתן להראות שעבור [[מספר טבעי|מספרים טבעיים]], פונקציית גמא שווה לפונקציית ה[[עצרת]]. |
||
שורה 29: | שורה 28: | ||
=== זהויות אחרות === |
=== זהויות אחרות === |
||
זהות חשובה אחת לפונקציית גמא היא '''נוסחת השיקוף''': <math>\ \Gamma(1-z)\Gamma(z) = {\pi \over \sin \pi z}</math>. |
זהות חשובה אחת לפונקציית גמא היא '''נוסחת השיקוף''': <math>\ \Gamma(1-z)\Gamma(z) = {\pi \over \sin \pi z}</math>. |
||
מכאן נובע כי |
מכאן נובע כי |
||
<math>\Gamma\left(\frac{1}{2}\right)^2 = {\pi \over \sin \pi/2}=\pi</math>, ולכן <math>\Gamma\left(\frac{1}{2}\right)=\sqrt{\pi}</math>. |
<math>\Gamma\left(\frac{1}{2}\right)^2 = {\pi \over \sin \pi/2}=\pi</math>, ולכן <math>\Gamma\left(\frac{1}{2}\right)=\sqrt{\pi}</math>. |
||
שורה 44: | שורה 42: | ||
</div> |
</div> |
||
[[ |
[[קובץ:Gamma_abs.png|ממוזער|ימין|240px|גרף של הערך המוחלט של פונקציית גמא במישור המרוכב. <br /> באיור זה ניתן לראות בבירור את הקטבים של הפונקציה]] |
||
לפונקציית גמא יש [[קוטב (אנליזה מרוכבת)|קוטב]] ב <math>\,z=-n</math> לכל <math>\,n</math> טבעי. בנקודה זאת נתון גם ש: |
לפונקציית גמא יש [[קוטב (אנליזה מרוכבת)|קוטב]] ב <math>\,z=-n</math> לכל <math>\,n</math> טבעי. בנקודה זאת נתון גם ש: |
||
:<math>\operatorname{Res}(\Gamma,-n)=\frac{(-1)^n}{n!}.</math> |
: <math>\operatorname{Res}(\Gamma,-n)=\frac{(-1)^n}{n!}.</math> |
||
המכפלה האינסופית הבאה, כפי שהראה [[קארל ויירשטראס|ויירשטראס]], נכונה לכל <math>\,z</math> מרוכב, אשר אינו שלם אי-חיובי: |
המכפלה האינסופית הבאה, כפי שהראה [[קארל ויירשטראס|ויירשטראס]], נכונה לכל <math>\,z</math> מרוכב, אשר אינו שלם אי-חיובי: |
||
:<math>\Gamma(z) = \frac{e^{-\gamma z}}{z} \prod_{n=1}^\infty \left(1 + \frac{z}{n}\right)^{-1} e^{z/n}</math> |
: <math>\Gamma(z) = \frac{e^{-\gamma z}}{z} \prod_{n=1}^\infty \left(1 + \frac{z}{n}\right)^{-1} e^{z/n}</math> |
||
כאשר <math>\,\gamma</math> הוא "[[קבוע אוילר]]". |
כאשר <math>\,\gamma</math> הוא "[[קבוע אוילר]]". |
||
==משפט בוהר-מולרופ== |
==משפט בוהר-מולרופ== |
||
⚫ | |||
⚫ | |||
⚫ | |||
⚫ | |||
⚫ | |||
⚫ | |||
:# <math>f(x+1)=xf(x)\ \mbox{for}\ x>0</math> |
:# <math>f(x+1)=xf(x)\ \mbox{for}\ x>0</math> |
||
:# <math>\,f</math> היא [[פונקציה קמורה#פונקציה לוג-קמורה|פונקציה לוג-קמורה]] |
:# <math>\,f</math> היא [[פונקציה קמורה#פונקציה לוג-קמורה|פונקציה לוג-קמורה]] |
||
אחת ההוכחות ל[[נוסחת סטירלינג]] משתמשת במשפט זה. במסגרת ההוכחה בונים פונקציה המקיימת את שלושת התנאים במשפט בוהר-מולרפ, ולכן פונקציה זו היא בהכרח פונקציית גמא. |
אחת ההוכחות ל[[נוסחת סטירלינג]] משתמשת במשפט זה. במסגרת ההוכחה בונים פונקציה המקיימת את שלושת התנאים במשפט בוהר-מולרפ, ולכן פונקציה זו היא בהכרח פונקציית גמא. |
||
<!-- הערה: דף זה מתורגם מהדף הרוסי בוויקיפדיה הרוסית. אם משהו מבין טוב יותר בנושא, אנא תקנו דברים לא נכונים (אם יש כאלה). --> |
<!-- הערה: דף זה מתורגם מהדף הרוסי בוויקיפדיה הרוסית. אם משהו מבין טוב יותר בנושא, אנא תקנו דברים לא נכונים (אם יש כאלה). --> |
||
שורה 73: | שורה 70: | ||
==קישורים חיצוניים== |
==קישורים חיצוניים== |
||
* [http://mathworld.wolfram.com/GammaFunction.html פונקציית גמא] באתר Wolfram mathworld |
* [http://mathworld.wolfram.com/GammaFunction.html פונקציית גמא] באתר Wolfram mathworld |
||
* [http://functions.wolfram.com/webMathematica/FunctionEvaluation.jsp?name=Gamma מחשבון לפונקציית גמא] |
* [http://functions.wolfram.com/webMathematica/FunctionEvaluation.jsp?name=Gamma מחשבון לפונקציית גמא] |
||
גרסה מ־17:10, 14 בספטמבר 2009
פונקציית גמא היא פונקציה מרוכבת מֶרוֹמורפית, המרחיבה את מושג ה"עצרת" לכל המישור המרוכב: לכל מספר טבעי , הפונקציה מקבלת את הערך .
הפונקציה הוגדרה לראשונה על ידי לאונרד אוילר באמצע המאה ה-18, אך הסימון של הפונקציה באות נכנס לשימוש בעקבות עבודתו של לז'נדר. גאוס הציע גרסה מעט שונה של פונקציית גמא, , לה הוא קרא "פונקציית פאי", אלא שהסימון של לז'נדר הועדף בצרפת, ובעקבות זאת גם בשאר העולם.
הפונקציה מוגדרת במחצית הימנית של המישור המרוכב באמצעות האינטגרל .
לפונקציית גמא קטבים (פשוטים) בנקודות בלבד, ואין לה שורשים. הפונקצייה מקיימת את המשוואה הפונקציונלית , המסבירה את הקשר לפונקציית העצרת, ועוד זהויות פונקציונליות רבות אחרות.
הגדרה
פונקציית גמא מוגדרת על ידי האינטגרל הבא:
וזאת לכל המקיים . פונקציה זו מתלכדת עם הפונקציה המוגדרת באמצעות הגבול , המוגדר היטב לכל . משום כך, הפונקציה השניה מהווה המשכה אנליטית של האינטגרל לפונקציה מרומורפית.
תכונות
הקשר לפונקציית עצרת
ניתן להראות שעבור מספרים טבעיים, פונקציית גמא שווה לפונקציית העצרת.
אם הוא חיובי ושלם, אזי , כי על ידי ביצוע אינטגרציה בחלקים, אפשר להראות כי , ומאחר ש- נקבל כי לכל מספר טבעי .
זהויות אחרות
זהות חשובה אחת לפונקציית גמא היא נוסחת השיקוף: .
מכאן נובע כי , ולכן .
זהות חשובה אחרת היא נוסחת הכפל של גאוס:
לפונקציית גמא יש קוטב ב לכל טבעי. בנקודה זאת נתון גם ש:
המכפלה האינסופית הבאה, כפי שהראה ויירשטראס, נכונה לכל מרוכב, אשר אינו שלם אי-חיובי:
כאשר הוא "קבוע אוילר".
משפט בוהר-מולרופ
משפט בוהר-מולרופ (Bohr–Mollerup theorem) הוא משפט המאפיין את פונקציית גמא. המשפט קרוי של-שמם של המתמטיקאים הדנים הארלד בוהר ויוהאן מולרופ שהוכיחו אותו.
- משפט: פונקציית גמא הממשית המוגדרת לכל על ידי היא הפונקציה היחידה בקרן המקיימת:
אחת ההוכחות לנוסחת סטירלינג משתמשת במשפט זה. במסגרת ההוכחה בונים פונקציה המקיימת את שלושת התנאים במשפט בוהר-מולרפ, ולכן פונקציה זו היא בהכרח פונקציית גמא.
ראו גם
קישורים חיצוניים
- פונקציית גמא באתר Wolfram mathworld
- מחשבון לפונקציית גמא