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Función gamma

En matemáticas, la función gamma (denotada como , donde es la letra griega gamma en mayúscula), es una aplicación que extiende el concepto de factorial a los números reales y complejos. La notación fue propuesta por Adrien-Marie Legendre. Si la parte real del número complejo es positiva, entonces la integral

Función gamma en el eje real
Módulo de la función gamma en el plano complejo

converge absolutamente; esta integral puede ser extendida a todo el plano complejo, excepto a los enteros negativos y al cero. Si entonces

lo que nos muestra la relación de esta función con el factorial. De hecho, la función gamma extiende el concepto de factorial a cualquier valor complejo de . La función gamma aparece en varias funciones de distribución de probabilidad, por lo que es bastante usada tanto en probabilidad y estadística como en combinatoria.

Definición

 
La función gamma en el plano complejo

La notación   se debe a Legendre. Si la parte real del número complejo   es estrictamente positiva  , entonces la integral

 

converge absolutamente y es conocida como integral de Euler de segundo orden. Utilizando integración por partes se obtiene la siguiente propiedad:

 

Podemos obtener  :

 

Teniendo que   y   entonces

 

para los enteros positivos  .

La función gamma es una función meromorfa de   con polos simples en   y residuos  .[1]​ Estas propiedades pueden ser usadas para extender   desde su definición inicial a todo el plano complejo (exceptuando los puntos en los cuales es singular) por continuación analítica.

Definiciones alternativas

Definición de Euler como un producto infinito

Para todo entero   se verifica

 .

Si   no es un entero entonces no es posible decir si la ecuación anterior es válida pues en esta sección aún no se ha definido la función factorial para no enteros. Sin embargo, podemos obtener una extensión de la función factorial para no enteros exigiendo que esta relación siga siendo válida para un número complejo arbitrario  :

 .

Al multiplicar ambos lados por   se obtiene

 

Este producto infinito converge para todos los números complejos   excepto para enteros negativos en los que falla, ya que la relación recursiva   hacia atrás lleva a una división entre cero para el valor  . Puesto que  , para la función gamma la relación precedente da lugar a la definición:

 

válida para enteros no negativos.

Definición de Weierstrass

La definición de la función gamma debida a Weierstrass es válida para todos los números complejos   excepto para valores enteros no positivos

 

donde   es la constante de Euler-Mascheroni.

En términos de los polinomios generalizados de Laguerre

Una representación de la función gamma incompleta en términos de los polinomios generalizados de Laguerre es

 

que converge para   y  .

Propiedades

General

Otras ecuaciones funcionales importantes de la función gamma son la fórmula de reflexión de Euler

 

que implica

 

y la fórmula de duplicación de Legendre

 

La fórmula de duplicación es un caso especial del teorema de multiplicación

 

Una propiedad básica pero muy útil de la función gamma, que puede obtenerse a partir de la definición en términos de un límite es

 

en particular, con  , este producto es

 

si la parte real es un entero, esto es   entonces

 

siendo  .

Varios límites útiles para aproximaciones asintóticas:

 

Quizá el valor más conocido de la función gamma con argumento no entero es:

 

La cual puede obtenerse haciendo   en la fórmula de reflexión o en la fórmula de duplicación, usando la relación de la función gamma con la función beta dada más abajo con   o haciendo la sustitución   en la definición integral de la función gamma, con lo que se obtiene una integral Gaussiana. En general, para valores no negativos de   se tiene:

 

donde   denota al doble factorial de  .

Derivada

Las derivadas de la función gamma vienen dadas por la función poligamma, por ejemplo:

 

Para un entero positivo  , la derivada de la función gamma puede calcularse como sigue

 

donde   denota la constante de Euler-Mascheroni.

A partir de la representación integral de la función gamma, se obtiene que la  -ésima derivada de la función gamma viene dada por:

 

Residuos

La función gamma tiene un polo de orden 1 en   para todo número entero no negativo. El residuo en cada polo es:

 

El teorema de Bohr-Mollerup dice que, entre todas las funciones que generalizan el factorial de los números naturales a los reales, solo la función gamma es logarítmicamente convexa, esto es, el logaritmo natural de la función gamma es una función convexa.

Representación como una integral

Hay muchas fórmulas, además de la integral de Euler de segundo tipo, para representa la función gamma como una integral. Cuando la parte real de   es positiva entonces

 

Cuando la parte real de   es positiva entonces la primera fórmula integral de Binet para la función gamma es

 

la integral de la derecha puede ser interpretada como la Transformada de Laplace, esto es

 

Cuando la parte real de   es positiva entonces la segunda fórmula integral de Binet para la función gamma es

 

Desarrollo en series de Fourier

El logaritmo de la función gamma tiene el siguiente desarrollo en series de Fourier para  :

 

que por un largo tiempo se le atribuyó a Ernst Kummer quien lo demostró en 1847. Sin embargo, se descubrió que Carl Johan Malmsten la demostró por primera vez en 1842.

Fórmula de Raabe

En 1840, Joseph Ludwig Raabe demostró que

 

para valores  .

En particular, cuando   obtenemos

 

Función Pi

Gauss introdujo una notación alternativa de la función gamma denominada función Pi, que en términos de la función gamma es:

 

Así, la relación de la función Pi con el factorial es más natural que en el caso de la función gamma pues para cualquier entero no negativo  

 

La fórmula de la reflexión toma la siguiente forma:

 

Donde   es la función sinc normalizada, mientras que el teorema de la multiplicación toma la forma:

 

En ocasiones se encuentra la siguiente definición

 

donde   es una función entera definida para todo número complejo, pues no tiene polos. La razón de ello es que la función gamma y, por tanto, la función Pi, no tienen ceros.

Relación con otras funciones

  • En la representación integral de la función gamma, tanto el límite superior como el inferior de la integración están fijados. La función gamma incompleta superior   e inferior   se obtienen modificando los límites de integración superior o inferior respectivamente.
 
 
  • La función gamma está relacionada con la función beta por la siguiente fórmula
 
 
 
 

Fórmula válida solo si  . También aparece en la ecuación funcional de  :

 

Valores particulares

Algunos valores particulares de la función gamma son

 

Aproximaciones

La función gamma se puede calcular numéricamente con precisión arbitraria usando la fórmula de Stirling, la aproximación de Lanczos o la aproximación de Spouge.

Para argumentos que sean múltiplos enteros de 1/24, la función gamma puede ser evaluada rápidamente usando iteraciones de medias aritmético geométricas (véase Valores de la función gamma).

Debido a que tanto la función gamma como el factorial crecen muy rápidamente para argumentos moderadamente grandes, muchos programas de computación incluyen funciones que devuelven el logaritmo de la función gamma. Este crece más lentamente, y en cálculos combinatorios es muy útil, pues se pasa de multiplicar y dividir grandes valores a sumar o restar sus logaritmos.

Aplicaciones de la función gamma

Cálculo fraccionario

La  -ésima derivada de   (donde n es un número natural) se puede ver de la siguiente manera:

 

como   entonces

 

donde   puede ser cualquier número donde gamma esté definido o se pueda definir mediante límites. De esta manera se puede calcular por ejemplo, la 1/2 derivada de  , de   e inclusive de una constante  :

 
 
 

Véase también

Referencias

  1. George Allen, and Unwin, Ltd., The Universal Encyclopedia of Mathematics. United States of America, New American Library, Simon and Schuster, Inc., 1964. (Forward by James R. Newman)

Bibliografía utilizada

  • Artin, Emil (2006). «Exposition by Emil Artin: a selection». En Rosen, Michael, ed. The Gamma function. History of Mathematics (Providence, RI: American Mathematical Society) (30). 
  • Davis, Philip J. (1959). «Leonhard Euler's Integral: A Historical Profile of the Gamma Function». Am. Math. Monthly (66): 849-869. 
  • Haible, Bruno; Papanikolaou, Thomas (1997). . Technical Report (Darmstadt University of Technology) (TI-7/97). Archivado desde el original el 30 de junio de 2006. Consultado el 12 de agosto de 2008. 
  • Havil, Julian (2003). Gamma, Exploring Euler's Constant. ISBN 0-691-09983-9. 
  • Sebah, Pascal; Gourdon, Xavier. «Introduction to the Gamma Function». Formato HTML

Bibliografía adicional

  • Abramowitz, Milton; Stegun, Irene A., eds. (1972). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables. Nueva York: Dover. 
  • Arfken, G.; Weber, H. (2000). «Chapter 10». Mathematical Methods for Physicists. Harcourt/Academic Press. 
  • Hochstadt, Harry (1986). «Chapter 3». The Functions of Mathematical Physics. Nueva York: Dover. 
  • Press, W.H.; Flannery, B.P.; Teukolsky, S.A.; Vetterling, W.T. (1988). «Section 6.1». Numerical Recipes in C. Cambridge, UK: Cambridge University Press. 
  • Murray R. Spiegel: Transformadas de Laplace, ediciones Schaumm.
  • Makárenko, Krasnov y Kiselev: Funciones de variable compleja, Cálculo operacional, Teoría de la estabilidad, editorial Mir.

Enlaces externos

  • Ejemplos de problemas que involucran a la Función Gamma en (en inglés).
  • Cephes - Librería de funciones especiales matemáticas de C y C++ (en inglés).
  • Fast Factorial Functions - Varios algoritmos.
  • Approximation Formulas - Aproximaciones.
  • Evaluador de la función gamma de Wolfram con precisión arbitraria.
  • en MathPages (en inglés).
  • .
  • Calculadora Función gamma
  •   Datos: Q190573
  •   Multimedia: Gamma and related functions

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En matematicas la funcion gamma denotada como G z displaystyle Gamma z donde G displaystyle Gamma es la letra griega gamma en mayuscula es una aplicacion que extiende el concepto de factorial a los numeros reales y complejos La notacion fue propuesta por Adrien Marie Legendre Si la parte real del numero complejo z displaystyle z es positiva entonces la integralFuncion gamma en el eje real Modulo de la funcion gamma en el plano complejo G z 0 t z 1 e t d t displaystyle Gamma z int 0 infty t z 1 e t dt converge absolutamente esta integral puede ser extendida a todo el plano complejo excepto a los enteros negativos y al cero Si n Z displaystyle n in mathbb Z entonces G n n 1 displaystyle Gamma n n 1 lo que nos muestra la relacion de esta funcion con el factorial De hecho la funcion gamma extiende el concepto de factorial a cualquier valor complejo de z displaystyle z La funcion gamma aparece en varias funciones de distribucion de probabilidad por lo que es bastante usada tanto en probabilidad y estadistica como en combinatoria Indice 1 Definicion 1 1 Definiciones alternativas 1 1 1 Definicion de Euler como un producto infinito 1 1 2 Definicion de Weierstrass 1 1 3 En terminos de los polinomios generalizados de Laguerre 2 Propiedades 2 1 General 2 2 Derivada 2 3 Residuos 2 4 Representacion como una integral 2 5 Desarrollo en series de Fourier 2 6 Formula de Raabe 2 7 Funcion Pi 3 Relacion con otras funciones 4 Valores particulares 5 Aproximaciones 6 Aplicaciones de la funcion gamma 6 1 Calculo fraccionario 7 Vease tambien 8 Referencias 8 1 Bibliografia utilizada 8 2 Bibliografia adicional 9 Enlaces externosDefinicion Editar La funcion gamma en el plano complejo La notacion G z displaystyle Gamma z se debe a Legendre Si la parte real del numero complejo z displaystyle z es estrictamente positiva Re z gt 0 displaystyle left text Re z gt 0 right entonces la integral G z 0 t z 1 e t d t displaystyle Gamma z int 0 infty t z 1 e t dt converge absolutamente y es conocida como integral de Euler de segundo orden Utilizando integracion por partes se obtiene la siguiente propiedad G z 1 0 t z e t d t t z e t 0 0 z t z 1 e t d t z 0 t z 1 e t d t z G z displaystyle begin aligned Gamma z 1 amp int 0 infty t z e t dt amp t z e t bigg 0 infty int 0 infty zt z 1 e t dt amp z int 0 infty t z 1 e t dt amp z Gamma z end aligned Podemos obtener G 1 displaystyle Gamma 1 G 1 0 t 1 1 e t d t 0 e t d t lim b e t 0 b 0 1 1 displaystyle begin aligned Gamma 1 amp int 0 infty t 1 1 e t dt amp int 0 infty e t dt amp lim b to infty e t bigg 0 b amp 0 1 amp 1 end aligned Teniendo que G 1 1 displaystyle Gamma 1 1 y G n 1 n G n displaystyle Gamma n 1 n Gamma n entonces G n 1 2 3 n 1 n 1 displaystyle Gamma n 1 cdot 2 cdot 3 cdot n 1 n 1 para los enteros positivos n displaystyle n La funcion gamma es una funcion meromorfa de z C displaystyle z in mathbb C con polos simples en z n n 0 1 2 3 displaystyle z n n 0 1 2 3 dots y residuos Res G z n 1 n n displaystyle operatorname Res Gamma z n frac 1 n n 1 Estas propiedades pueden ser usadas para extender G z displaystyle Gamma z desde su definicion inicial a todo el plano complejo exceptuando los puntos en los cuales es singular por continuacion analitica Definiciones alternativas Editar Definicion de Euler como un producto infinito Editar Para todo entero m displaystyle m se verifica lim n n n 1 m n m lim n n 1 m n 1 n m 1 displaystyle lim n to infty frac n n 1 m n m lim n to infty n 1 m over n 1 cdots n m 1 Si m displaystyle m no es un entero entonces no es posible decir si la ecuacion anterior es valida pues en esta seccion aun no se ha definido la funcion factorial para no enteros Sin embargo podemos obtener una extension de la funcion factorial para no enteros exigiendo que esta relacion siga siendo valida para un numero complejo arbitrario z displaystyle z lim n n n 1 z n z 1 displaystyle lim n to infty frac n n 1 z n z 1 Al multiplicar ambos lados por z displaystyle z se obtiene z lim n n z n z n 1 z lim n 1 n 1 z 1 z n 2 1 3 2 n n 1 n 1 n z n 1 1 1 z n 1 1 n z displaystyle begin aligned z amp lim n to infty n frac z n z n 1 z amp lim n to infty 1 cdots n frac 1 z 1 cdots z n left frac 2 1 cdot frac 3 2 cdots frac n n 1 frac n 1 n right z amp prod n 1 infty left frac 1 1 frac z n left 1 frac 1 n right z right end aligned Este producto infinito converge para todos los numeros complejos z displaystyle z excepto para enteros negativos en los que falla ya que la relacion recursiva m m m 1 displaystyle m m m 1 hacia atras lleva a una division entre cero para el valor m 0 displaystyle m 0 Puesto que G n n 1 displaystyle Gamma n n 1 para la funcion gamma la relacion precedente da lugar a la definicion G z 1 z n 1 1 1 n z 1 z n displaystyle Gamma z frac 1 z prod n 1 infty frac left 1 frac 1 n right z 1 frac z n valida para enteros no negativos Definicion de Weierstrass Editar La definicion de la funcion gamma debida a Weierstrass es valida para todos los numeros complejos z displaystyle z excepto para valores enteros no positivos G z e g z z n 1 1 z n 1 e z n displaystyle Gamma z frac e gamma z z prod n 1 infty left 1 frac z n right 1 e z n donde g displaystyle gamma es la constante de Euler Mascheroni En terminos de los polinomios generalizados de Laguerre Editar Una representacion de la funcion gamma incompleta en terminos de los polinomios generalizados de Laguerre es G z x x z e x n 0 L n z x n 1 displaystyle Gamma z x x z e x sum n 0 infty frac L n z x n 1 que converge para Re z gt 1 displaystyle text Re z gt 1 y x gt 0 displaystyle x gt 0 Propiedades EditarGeneral Editar Otras ecuaciones funcionales importantes de la funcion gamma son la formula de reflexion de Euler G 1 z G z p sen p z z Z displaystyle Gamma 1 z Gamma z pi over operatorname sen pi z quad z notin mathbb Z que implica G e n 1 n 1 G e G 1 e G n 1 e displaystyle Gamma varepsilon n 1 n 1 frac Gamma varepsilon Gamma 1 varepsilon Gamma n 1 varepsilon y la formula de duplicacion de Legendre G z G z 1 2 2 1 2 z p G 2 z displaystyle Gamma z Gamma left z frac 1 2 right 2 1 2z sqrt pi Gamma 2z La formula de duplicacion es un caso especial del teorema de multiplicacion k 0 m 1 G z k m G z G z 1 m G z 2 m G z m 1 m 2 p m 1 2 m 1 2 m z G m z displaystyle begin aligned prod k 0 m 1 Gamma left z frac k m right amp Gamma z Gamma left z frac 1 m right Gamma left z frac 2 m right cdots Gamma left z frac m 1 m right amp 2 pi frac m 1 2 m frac 1 2 mz Gamma mz end aligned Una propiedad basica pero muy util de la funcion gamma que puede obtenerse a partir de la definicion en terminos de un limite es G z G z G z G z R displaystyle overline Gamma z Gamma overline z Longrightarrow Gamma z Gamma overline z in mathbb R en particular con z a b i displaystyle z a bi este producto es G a b i 2 G a 2 k 0 1 1 b 2 a k 2 displaystyle left Gamma a bi right 2 left Gamma a right 2 prod k 0 infty frac 1 1 frac b 2 a k 2 si la parte real es un entero esto es a Z displaystyle a in mathbb Z entonces G b i 2 p b senh p b G 1 2 b i 2 p cosh p b G 1 b i 2 p b senh p b G 1 n b i 2 p b senh p b k 1 n k 2 b 2 G n b i 2 p b senh p b k 1 n 1 k 2 b 2 displaystyle begin aligned left Gamma bi right 2 amp frac pi b text senh pi b left Gamma left frac 1 2 bi right right 2 amp frac pi cosh pi b left Gamma 1 bi right 2 amp frac pi b text senh pi b left Gamma 1 n bi right 2 amp frac pi b text senh pi b prod k 1 n k 2 b 2 left Gamma nbi right 2 amp frac pi b text senh pi b prod k 1 n frac 1 k 2 b 2 end aligned siendo n N displaystyle n in mathbb N Varios limites utiles para aproximaciones asintoticas lim n G n a G n n a 1 lim n G n a G n a G n b G n b 1 a b R displaystyle lim n to infty frac Gamma n alpha Gamma n n alpha 1 quad lim n to infty frac Gamma n alpha Gamma n alpha Gamma n beta Gamma n beta 1 qquad alpha beta in mathbb R Quiza el valor mas conocido de la funcion gamma con argumento no entero es G 1 2 p displaystyle Gamma left frac 1 2 right sqrt pi La cual puede obtenerse haciendo z 1 2 displaystyle z 1 2 en la formula de reflexion o en la formula de duplicacion usando la relacion de la funcion gamma con la funcion beta dada mas abajo con x y 1 2 displaystyle x y 1 2 o haciendo la sustitucion u t displaystyle u sqrt t en la definicion integral de la funcion gamma con lo que se obtiene una integral Gaussiana En general para valores no negativos de n displaystyle n se tiene G 1 2 n 2 n 4 n n p 2 n 1 2 n p n 1 2 n n p G 1 2 n 4 n n 2 n p 2 n 2 n 1 p displaystyle begin aligned Gamma left frac 1 2 n right amp frac 2n 4 n n sqrt pi frac 2n 1 2 n sqrt pi binom n frac 1 2 n n sqrt pi Gamma left frac 1 2 n right amp frac 4 n n 2n sqrt pi frac 2 n 2n 1 sqrt pi end aligned donde n displaystyle n denota al doble factorial de n displaystyle n Derivada Editar Las derivadas de la funcion gamma vienen dadas por la funcion poligamma por ejemplo G z G z ps 0 z displaystyle Gamma z Gamma z psi 0 z Para un entero positivo m displaystyle m la derivada de la funcion gamma puede calcularse como sigue G m 1 m g k 1 m 1 k displaystyle Gamma m 1 m left gamma sum k 1 m frac 1 k right donde g displaystyle gamma denota la constante de Euler Mascheroni A partir de la representacion integral de la funcion gamma se obtiene que la n displaystyle n esima derivada de la funcion gamma viene dada por d n d x n G x 0 t x 1 e t ln t n d t displaystyle frac d n dx n Gamma x int 0 infty t x 1 e t ln t n dt Residuos Editar La funcion gamma tiene un polo de orden 1 en z n displaystyle z n para todo numero entero no negativo El residuo en cada polo es Res G n 1 n n displaystyle operatorname Res Gamma n frac 1 n n El teorema de Bohr Mollerup dice que entre todas las funciones que generalizan el factorial de los numeros naturales a los reales solo la funcion gamma es logaritmicamente convexa esto es el logaritmo natural de la funcion gamma es una funcion convexa Representacion como una integral Editar Hay muchas formulas ademas de la integral de Euler de segundo tipo para representa la funcion gamma como una integral Cuando la parte real de z displaystyle z es positiva entonces G z 0 1 ln 1 t z 1 d t displaystyle Gamma z int 0 1 left ln frac 1 t right z 1 dt Cuando la parte real de z displaystyle z es positiva entonces la primera formula integral de Binet para la funcion gamma es ln G z z 1 2 ln z z 1 2 ln 2 p 0 1 2 1 t 1 e t 1 e t z t d t displaystyle ln Gamma z left z frac 1 2 right ln z z frac 1 2 ln 2 pi int 0 infty left frac 1 2 frac 1 t frac 1 e t 1 right frac e tz t dt la integral de la derecha puede ser interpretada como la Transformada de Laplace esto es ln G z e z z 2 p z L 1 2 t 1 t 2 1 t e t 1 z displaystyle ln left Gamma z left frac e z right z sqrt 2 pi z right mathcal L left frac 1 2t frac 1 t 2 frac 1 t e t 1 right z Cuando la parte real de z displaystyle z es positiva entonces la segunda formula integral de Binet para la funcion gamma es ln G z z 1 2 ln z z 1 2 ln 2 p 0 arctan t z e 2 p t 1 d t displaystyle ln Gamma z left z frac 1 2 right ln z z frac 1 2 ln 2 pi int 0 infty frac arctan left frac t z right e 2 pi t 1 dt Desarrollo en series de Fourier Editar El logaritmo de la funcion gamma tiene el siguiente desarrollo en series de Fourier para 0 lt z lt 1 displaystyle 0 lt z lt 1 ln G z 1 2 z g ln 2 1 z ln p ln sen p z 2 1 p n 1 ln n n sen 2 p n z displaystyle ln Gamma z left frac 1 2 z right gamma ln 2 1 z ln pi frac ln operatorname sen pi z 2 frac 1 pi sum n 1 infty frac ln n n operatorname sen 2 pi nz que por un largo tiempo se le atribuyo a Ernst Kummer quien lo demostro en 1847 Sin embargo se descubrio que Carl Johan Malmsten la demostro por primera vez en 1842 Formula de Raabe Editar En 1840 Joseph Ludwig Raabe demostro que a a 1 ln G z d z ln 2 p 2 a ln a a displaystyle int a a 1 ln Gamma z dz frac ln 2 pi 2 a ln a a para valores a gt 0 displaystyle a gt 0 En particular cuando a 0 displaystyle a 0 obtenemos 0 1 ln G z d z ln 2 p 2 displaystyle int 0 1 ln Gamma z dz frac ln 2 pi 2 Funcion Pi Editar Gauss introdujo una notacion alternativa de la funcion gamma denominada funcion Pi que en terminos de la funcion gamma es P z G z 1 z G z 0 e t t z d t displaystyle Pi z Gamma z 1 z Gamma z int 0 infty e t t z dt Asi la relacion de la funcion Pi con el factorial es mas natural que en el caso de la funcion gamma pues para cualquier entero no negativo n displaystyle n P n n displaystyle Pi n n La formula de la reflexion toma la siguiente forma P z P z p z sen p z 1 sinc z displaystyle Pi z Pi z frac pi z operatorname sen pi z frac 1 operatorname sinc z Donde sinc displaystyle text sinc es la funcion sinc normalizada mientras que el teorema de la multiplicacion toma la forma P z m P z 1 m P z m 1 m 2 p m 2 p m 1 2 m z P z displaystyle Pi left frac z m right Pi left frac z 1 m right cdots Pi left frac z m 1 m right left frac 2 pi m 2 pi m right 1 2 m z Pi z En ocasiones se encuentra la siguiente definicion p z 1 P z displaystyle pi z frac 1 Pi z donde p z displaystyle pi z es una funcion entera definida para todo numero complejo pues no tiene polos La razon de ello es que la funcion gamma y por tanto la funcion Pi no tienen ceros Relacion con otras funciones EditarEn la representacion integral de la funcion gamma tanto el limite superior como el inferior de la integracion estan fijados La funcion gamma incompleta superior g a x displaystyle gamma a x e inferior G a x displaystyle Gamma a x se obtienen modificando los limites de integracion superior o inferior respectivamente G a x x t a 1 e t d t displaystyle Gamma a x int x infty t a 1 e t dt g a x 0 x t a 1 e t d t displaystyle gamma a x int 0 x t a 1 e t dt La funcion gamma esta relacionada con la funcion beta por la siguiente formulaB x y G x G y G x y displaystyle mathrm B x y frac Gamma x Gamma y Gamma x y La derivada logaritmica de la funcion gamma es la funcion digamma ps 0 z displaystyle psi 0 z Las derivadas de mayor orden son las funciones poligamma ps n z displaystyle psi n z ps x ps 0 x G x G x displaystyle psi x psi 0 x frac Gamma x Gamma x ps n x d d x n ps x d d x n 1 log G x displaystyle psi n x left frac d dx right n psi x left frac d dx right n 1 log Gamma x El analogo de la funcion gamma sobre un cuerpo finito o un anillo finito son las sumas gaussianas un tipo de suma exponencial La funcion gamma inversa es la inversa de la funcion gamma que es una funcion entera La funcion gamma aparece en la definicion integral de la funcion zeta de Riemann z z displaystyle zeta z z z 1 G z 0 u z 1 e u 1 d u displaystyle zeta z frac 1 Gamma z int 0 infty frac u z 1 e u 1 mathrm d u Formula valida solo si Re z gt 1 displaystyle operatorname Re z gt 1 Tambien aparece en la ecuacion funcional de z z displaystyle zeta z p z 2 G z 2 z z p 1 z 2 G 1 z 2 z 1 z displaystyle pi z 2 Gamma left frac z 2 right zeta z pi frac 1 z 2 Gamma left frac 1 z 2 right zeta 1 z Valores particulares EditarAlgunos valores particulares de la funcion gamma son G 3 2 4 p 3 2 363 G 1 2 2 p 3 545 G 1 2 p 1 772 G 1 0 1 G 3 2 p 2 0 886 G 2 1 1 G 5 2 3 p 4 1 329 G 3 2 2 G 7 2 15 p 8 3 323 G 4 3 6 displaystyle begin aligned Gamma left frac 3 2 right amp frac 4 sqrt pi 3 amp approx amp 2 363 Gamma left frac 1 2 right amp 2 sqrt pi amp approx amp 3 545 Gamma left frac 1 2 right amp sqrt pi amp approx amp 1 772 Gamma 1 amp 0 amp amp 1 Gamma left frac 3 2 right amp frac sqrt pi 2 amp approx amp 0 886 Gamma 2 amp 1 amp amp 1 Gamma left frac 5 2 right amp frac 3 sqrt pi 4 amp approx amp 1 329 Gamma 3 amp 2 amp amp 2 Gamma left frac 7 2 right amp frac 15 sqrt pi 8 amp approx amp 3 323 Gamma 4 amp 3 amp amp 6 end aligned Aproximaciones EditarLa funcion gamma se puede calcular numericamente con precision arbitraria usando la formula de Stirling la aproximacion de Lanczos o la aproximacion de Spouge Para argumentos que sean multiplos enteros de 1 24 la funcion gamma puede ser evaluada rapidamente usando iteraciones de medias aritmetico geometricas vease Valores de la funcion gamma Debido a que tanto la funcion gamma como el factorial crecen muy rapidamente para argumentos moderadamente grandes muchos programas de computacion incluyen funciones que devuelven el logaritmo de la funcion gamma Este crece mas lentamente y en calculos combinatorios es muy util pues se pasa de multiplicar y dividir grandes valores a sumar o restar sus logaritmos Aplicaciones de la funcion gamma EditarCalculo fraccionario Editar Articulo principal Calculo fraccional La n displaystyle n esima derivada de a x b displaystyle ax b donde n es un numero natural se puede ver de la siguiente manera d n d x n a x b b n 1 b 2 b 1 b a x b n b b n a x b n displaystyle frac d n dx n left ax b right left b n 1 right cdots left b 2 right left b 1 right bax b n frac b left b n right ax b n como n G n 1 displaystyle n Gamma n 1 entonces d n d x n a x b G b 1 G b n 1 a x b n displaystyle frac d n dx n left ax b right frac Gamma left b 1 right Gamma left b n 1 right ax b n donde n displaystyle n puede ser cualquier numero donde gamma este definido o se pueda definir mediante limites De esta manera se puede calcular por ejemplo la 1 2 derivada de x displaystyle x de x 2 displaystyle x 2 e inclusive de una constante c c x 0 displaystyle c cx 0 d 1 2 d x 1 2 x 2 x p displaystyle frac d frac 1 2 dx frac 1 2 left x right frac 2 sqrt x sqrt pi d 1 2 d x 1 2 x 2 8 x 3 3 p displaystyle frac d frac 1 2 dx frac 1 2 left x 2 right frac 8 sqrt x 3 3 sqrt pi d 1 2 d x 1 2 c c p x displaystyle frac d frac 1 2 dx frac 1 2 left c right frac c sqrt pi sqrt x Vease tambien EditarFuncion beta Teorema de Bohr Mollerup Funcion digamma Funcion gamma eliptica Factorial Funcion gamma de Hadamard Distribucion Gamma Constante de Gauss Funcion gamma incompleta Aproximacion de Lanczos Funcion gamma multivariable Simbolo de Pochhammer k simbolo de Pochhammer Funcion poligamma Funcion Gamma Reciproca Formula de Stirling Funcion TrigammaReferencias Editar George Allen and Unwin Ltd The Universal Encyclopedia of Mathematics United States of America New American Library Simon and Schuster Inc 1964 Forward by James R Newman Bibliografia utilizada Editar Artin Emil 2006 Exposition by Emil Artin a selection En Rosen Michael ed The Gamma function History of Mathematics Providence RI American Mathematical Society 30 Davis Philip J 1959 Leonhard Euler s Integral A Historical Profile of the Gamma Function Am Math Monthly 66 849 869 Haible Bruno Papanikolaou Thomas 1997 Fast multiprecision evaluation of series of rational numbers Technical Report Darmstadt University of Technology TI 7 97 Archivado desde el original el 30 de junio de 2006 Consultado el 12 de agosto de 2008 Havil Julian 2003 Gamma Exploring Euler s Constant ISBN 0 691 09983 9 Sebah Pascal Gourdon Xavier Introduction to the Gamma Function Formato HTMLBibliografia adicional Editar Abramowitz Milton Stegun Irene A eds 1972 Handbook of Mathematical Functions with Formulas Graphs and Mathematical Tables Nueva York Dover Arfken G Weber H 2000 Chapter 10 Mathematical Methods for 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Obtenido de https es wikipedia org w index php title Funcion gamma amp oldid 139517122, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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