Euler 积分

Beta 函数

形如

的含参变量积分称为 Beta 函数,或 第一类 Euler 积分

Beta 函数 的定义域为

性质

1 连续性

在 上连续.

2 对称性

3 递推公式

可由对称性与递推公式得到,
当 时,有

其他表示

1

作变量代换 ,得到

易知

2

作变量代换 ,得到

\begin{aligned} \text{B}(p,q)=&\int_0^{+\infty}\dfrac{t^{q-1}}{(1+t)^{p+q}}\text{d}t\\ =&\int_0^{1}\dfrac{t^{q-1}}{(1+t)^{p+q}}\text{d}t+\int_1^{+\infty}\dfrac{t^{q-1}}{(1+t)^{p+q}}\text{d}t \end{aligned}

对后一个积分作变量代换 ,得到

于是


Gamma 函数

形如

的含参变量积分称为 Gamma 函数第二类 Euler 积分.

的定义域为

性质

1 连续性与可导性

在 上连续且任意阶可导.

2 递推公式

满足

特别地,当 为整数时,易知

3 其他表示

1

作变量替换 ,得到

容易得到

2

作变量代换 ,得到

4 定义域的延拓

由于等式

的右边在 上有定义,则可以用上式等一左边函数 函数在 上的值。同样的根据在 上定义的值,定义 在 上的值,不断如此,则可以把 的定义域延拓到

上。


定理一

证明:

由于


取 ,利用化反常重积分为累次积分的方法得到

\begin{aligned} \Gamma(p)\Gamma(q) =&4\int_0^{+\infty}s^{2p-1}e^{-s^2}\text{d}s\int_0^{+\infty}t^{2q-1}e^{-t^2}\text{d}t\\ =&4\underset{\Omega}{\iint}s^{2p-1}e^{-s^2}t^{2q-1}e^{-t^2}\text{d}s\text{d}t \end{aligned}

作极坐标变换 ,即得

\begin{aligned} \Gamma(p)\Gamma(q)=&4\underset{\overset{0\leqslant r<+\infty}{0\leqslant\theta\leqslant\frac\pi2}}{\iint}r^{2(p+q)-1}e^{-r^2}\cos^{2p-1}\theta\sin^{2q-1}\theta\text{d}t\text{d}\theta\\ =&\left(2\int_0^{\frac\pi2}\cos^{2p-1}\theta\sin^{2q-1}\theta\text{d}\theta\right)\left(2\int_0^{+\infty}r^{2(p+q)-1}e^{r^2}\text{d}r\right)\\ =&\text{B}(p,q)\Gamma(p+q) \end{aligned}

Legendre 公式

余元公式

Stirling 公式

Gamma 函数有如下的渐进估计:

特别地,当 为正整数时,

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