复变函数的Γ函数
字数 618 2025-11-06 22:53:01
复变函数的Γ函数
首先,我会从Γ函数的基本定义开始讲解。Γ函数是阶乘概念在复平面上的推广,对于正整数n,有Γ(n) = (n-1)!。其一般定义(对于Re(s) > 0)由欧拉积分给出:
Γ(s) = ∫₀^∞ t^(s-1) e^(-t) dt
这个积分在右半平面定义了一个解析函数。
接下来,讲解Γ函数的解析延拓。上述积分定义只在Re(s) > 0时收敛。通过函数方程Γ(s+1) = sΓ(s),我们可以将Γ函数解析延拓到整个复平面(除了s = 0, -1, -2, ...等非正整数极点)。这个函数方程是理解Γ函数全局性质的关键。
然后,介绍Γ函数的无穷乘积表示。魏尔斯特拉斯给出了一个重要的无穷乘积形式:
1/Γ(s) = s e^(γs) ∏_{n=1}^∞ (1 + s/n) e^(-s/n)
其中γ是欧拉常数。这个表示揭示了Γ函数的零点分布(没有零点)和极点位置(在非正整数处)。
现在讨论Γ函数的特殊值。最重要的关系是Γ(1/2) = √π,这可以通过变量代换转化为高斯积分得到。另一个重要性质是余元公式:Γ(s)Γ(1-s) = π / sin(πs),这个公式建立了Γ函数与三角函数的美妙联系。
最后,讲解Γ函数与其它特殊函数的关系。Γ函数是很多特殊函数的基础,比如Beta函数B(p,q) = Γ(p)Γ(q)/Γ(p+q)。在数论中,Γ函数出现在黎曼ζ函数的函数方程中,体现了其在解析数论中的核心地位。