そのままだとΓ(0)になる積分
そのままだとΓ(0)になる積分
\(n\in\mathbb{N}\)とする。
\[ \int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-nx}}{1-e^{-x}}\right)dx=H_{n-1}-\gamma \]
\(\gamma\)はオイラー・マスケローニ定数
\(n\in\mathbb{N}\)とする。
\[ \int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-nx}}{1-e^{-x}}\right)dx=H_{n-1}-\gamma \]
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\(H_{n}\)は調和数\(\gamma\)はオイラー・マスケローニ定数
被積分関数第1項を積分すると、
\begin{align*} \int_{0}^{\infty}x^{-1}e^{-x}dx & =\Gamma\left(0\right)\\ & =\infty \end{align*} となります。
\begin{align*} \int_{0}^{\infty}x^{-1}e^{-x}dx & =\Gamma\left(0\right)\\ & =\infty \end{align*} となります。
\begin{align*}
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-x}}{1-e^{-x}}\right)dx & =-\gamma\\
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-2x}}{1-e^{-x}}\right)dx & =1-\gamma\\
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-3x}}{1-e^{-x}}\right)dx & =\frac{3}{2}-\gamma\\
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-4x}}{1-e^{-x}}\right)dx & =\frac{11}{6}-\gamma\\
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-5x}}{1-e^{-x}}\right)dx & =\frac{25}{12}-\gamma\\
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-6x}}{1-e^{-x}}\right)dx & =\frac{137}{60}-\gamma\\
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-7x}}{1-e^{-x}}\right)dx & =\frac{49}{20}-\gamma\\
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-8x}}{1-e^{-x}}\right)dx & =\frac{363}{140}-\gamma\\
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-9x}}{1-e^{-x}}\right)dx & =\frac{761}{280}-\gamma\\
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-10x}}{1-e^{-x}}\right)dx & =\frac{7129}{2520}-\gamma
\end{align*}
\begin{align*}
\int_{0}^{\infty}\left(x^{-1}e^{-x}-\frac{e^{-nx}}{1-e^{-x}}\right)dx & =\left[\log\left(x\right)e^{-x}\right]_{0}^{\infty}+\int_{0}^{\infty}\left(\log\left(x\right)e^{-x}-e^{-nx}\sum_{k=0}^{\infty}e^{-kx}\right)dx\\
& =-\lim_{x\rightarrow0}\log\left(x\right)+\left[\frac{d}{dt}\int_{0}^{\infty}x^{t}e^{-x}dx\right]_{t=0}-\int_{0}^{\infty}\sum_{k=0}^{\infty}e^{-\left(k+n\right)x}dx\\
& =-\lim_{x\rightarrow1}\log\left(1-x\right)+\left[\frac{d}{dt}\Gamma\left(t+1\right)\right]_{t=0}+\sum_{k=0}^{\infty}\frac{1}{k+n}\left[e^{-\left(k+n\right)x}\right]_{0}^{\infty}\\
& =\lim_{x\rightarrow1}\sum_{k=1}^{\infty}\frac{x^{k}}{k}+\left[\Gamma\left(t+1\right)\frac{d}{dt}\log\Gamma\left(t+1\right)\right]_{t=0}-\sum_{k=0}^{\infty}\frac{1}{k+n}\\
& =\sum_{k=1}^{\infty}\frac{1}{k}+\left[\Gamma\left(t+1\right)\psi\left(t+1\right)\right]_{t=0}-\sum_{k=1}^{\infty}\frac{1}{k+n-1}\\
& =\sum_{k=1}^{\infty}\frac{1}{k}+\Gamma\left(1\right)\psi\left(1\right)+H_{n-1}-\sum_{k=1}^{\infty}\frac{1}{k}\\
& =\Gamma\left(1\right)\psi\left(1\right)+H_{n-1}\\
& =H_{n-1}-\gamma
\end{align*}
ページ情報
タイトル | そのままだとΓ(0)になる積分 |
URL | https://www.nomuramath.com/ldr2ub5c/ |
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ガンマ関数・ディガンマ関数・ポリガンマ関数の定義
\[
\Gamma(z)=\int_{0}^{\infty}t^{z-1}e^{-t}dt
\]
ガンマ関数と階乗の関係
\[
\Gamma(n+1)=n!
\]
第1種・第2種不完全ガンマ関数の基本性質
\[
\Gamma\left(1,x\right)=e^{-x}
\]
ガンマ関数の漸化式
\[
\Gamma(z+1)=z\Gamma(z)
\]