ベータ関数の絶対収束条件
ベータ関数の絶対収束条件
ベータ関数
\[ B\left(p,q\right)=\int_{0}^{1}t^{p-1}\left(1-t\right)^{q-1}dt \] は\(\Re\left(p\right)>0\;\land\;\Re\left(q\right)>0\)で絶対収束する。
ベータ関数
\[ B\left(p,q\right)=\int_{0}^{1}t^{p-1}\left(1-t\right)^{q-1}dt \] は\(\Re\left(p\right)>0\;\land\;\Re\left(q\right)>0\)で絶対収束する。
ベータ関数が絶対収束するには\(\int_{0}^{1}\left|t^{p-1}\left(1-t\right)^{q-1}\right|dt\)が収束する必要があり、\(\Re\left(p\right)>0\;\land\;\Re\left(q\right)>0\)とすると、
\begin{align*} \int_{0}^{1}\left|t^{p-1}\left(1-t\right)^{q-1}\right|dt & =\int_{0}^{1}\left|t^{\Re\left(p\right)-1}\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}t^{i\Im\left(p\right)}\left(1-t\right)^{i\Im\left(q\right)}\right|dt\\ & =\int_{0}^{1}t^{\Re\left(p\right)-1}\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}dt\\ & =\int_{0}^{\frac{1}{2}}t^{\Re\left(p\right)-1}\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}dt+\int_{\frac{1}{2}}^{1}t^{\Re\left(p\right)-1}\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}dt\\ & \leq\max_{0\leq t\leq1}\left(\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}\right)\int_{0}^{\frac{1}{2}}t^{\Re\left(p\right)-1}dt+\max_{0\leq t\leq1}\left(t^{\Re\left(p\right)-1}\right)\int_{\frac{1}{2}}^{1}\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}dt\\ & =\max_{0\leq t\leq1}\left(\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}\right)\left[\frac{t^{\Re\left(p\right)}}{\Re\left(p\right)}\right]_{0}^{\frac{1}{2}}+\max_{0\leq t\leq1}\left(t^{\Re\left(p\right)-1}\right)\left[-\frac{\left(1-t\right)^{\Re\left(p\right)}}{\Re\left(p\right)}\right]_{\frac{1}{2}}^{1}\\ & =\max_{0\leq t\leq1}\left(\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}\right)\frac{1}{2^{\Re\left(p\right)}\Re\left(p\right)}+\max_{0\leq t\leq1}\left(t^{\Re\left(p\right)-1}\right)\frac{1}{2^{\Re\left(p\right)}\Re\left(p\right)}\\ & <\infty \end{align*} となり収束する。
故にベータ関数\(B\left(p,q\right)\)は\(\Re\left(p\right)>0\;\land\;\Re\left(q\right)>0\)で絶対収束する。
\begin{align*} \int_{0}^{1}\left|t^{p-1}\left(1-t\right)^{q-1}\right|dt & =\int_{0}^{1}\left|t^{\Re\left(p\right)-1}\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}t^{i\Im\left(p\right)}\left(1-t\right)^{i\Im\left(q\right)}\right|dt\\ & =\int_{0}^{1}t^{\Re\left(p\right)-1}\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}dt\\ & =\int_{0}^{\frac{1}{2}}t^{\Re\left(p\right)-1}\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}dt+\int_{\frac{1}{2}}^{1}t^{\Re\left(p\right)-1}\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}dt\\ & \leq\max_{0\leq t\leq1}\left(\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}\right)\int_{0}^{\frac{1}{2}}t^{\Re\left(p\right)-1}dt+\max_{0\leq t\leq1}\left(t^{\Re\left(p\right)-1}\right)\int_{\frac{1}{2}}^{1}\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}dt\\ & =\max_{0\leq t\leq1}\left(\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}\right)\left[\frac{t^{\Re\left(p\right)}}{\Re\left(p\right)}\right]_{0}^{\frac{1}{2}}+\max_{0\leq t\leq1}\left(t^{\Re\left(p\right)-1}\right)\left[-\frac{\left(1-t\right)^{\Re\left(p\right)}}{\Re\left(p\right)}\right]_{\frac{1}{2}}^{1}\\ & =\max_{0\leq t\leq1}\left(\left(1-t\right)^{\Re\left(q\right)-1}\right)\frac{1}{2^{\Re\left(p\right)}\Re\left(p\right)}+\max_{0\leq t\leq1}\left(t^{\Re\left(p\right)-1}\right)\frac{1}{2^{\Re\left(p\right)}\Re\left(p\right)}\\ & <\infty \end{align*} となり収束する。
故にベータ関数\(B\left(p,q\right)\)は\(\Re\left(p\right)>0\;\land\;\Re\left(q\right)>0\)で絶対収束する。
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タイトル | ベータ関数の絶対収束条件 |
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ベータ関数と2項係数の逆数の級数表示
\[
B(x,y)=\sum_{k=0}^{\infty}\frac{C(k-y,k)}{x+k}
\]
ベータ関数とガンマ関数の関係
\[
B(x,y)=\frac{\Gamma(x)\Gamma(y)}{\Gamma(x+y)}
\]
ベータ関数になる積分
\[
\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\sin^{x}t\cos^{y}tdt=\frac{1}{2}B\left(\frac{x+1}{2},\frac{y+1}{2}\right)
\]
ベータ関数の関数等式
\[
xB(x,y+1)=yB(x+1,y)
\]