A faktoriális egy nem negatív egész számok halmazán definiált függvény . A név a lat. factorialis - színészkedés, előállítás, szaporodás; jelölve , en faktoriálisan ejtve . A természetes szám faktoriálisát úgy definiáljuk, mint az összes természetes szám szorzatát 1-től a bezárólag:
.Például,
.Mert olyan megállapodásnak tekintik, amely
.n | n ! |
---|---|
0 | egy |
egy | egy |
2 | 2 |
3 | 6 |
négy | 24 |
5 | 120 |
6 | 720 |
7 | 5040_ _ |
nyolc | 40 320 |
9 | 362 880 |
tíz | 3 628 800 |
tizenegy | 39 916 800 |
12 | 479 001 600 |
13 | 6 227 020 800 [1] |
tizennégy | 87 178 291 200 [2] |
tizenöt | 1 307 674 368 000 [ 3 ] _ _ |
16 | 20 922 789 888 000 [ 4 ] _ _ |
17 | 355 687 428 096 000 [5] |
tizennyolc | 6 402 373 705 728 000 [6] |
19 | 121 645 100 408 832 000 [7] |
húsz | 2 432 902 008 176 640 000 [8] |
25 | 15 511 210 043 330 985 984 000 000 [9] |
ötven | 30 414 093 201 713 378 043 612 608 166 064 768 844 377 641 568 960 512 000 000 000 000 [10] |
70 | 11 978 571
669 969 891 796 072 783 721 689 098 736 458 938 142 546 [11] |
100 | ≈ 9,332621544⋅10 157 |
450 | ≈ 1,733368733⋅10 1000 |
1000 | ≈ 4,023872601⋅10 2567 |
3 249 | ≈ 6,412337688⋅10 10000 |
10 000_ | ≈ 2,846259681⋅10 35659 |
25 206 | ≈ 1,205703438⋅10 100000 |
100 000_ | ≈ 2,824229408⋅10 456573 |
205 023 | ≈ 2,503898932⋅10 1000004 |
1 000 000 _ _ | ≈ 8,263931688⋅10 5565708 |
10 100 | ≈10 9,956570552⋅10 101
|
10 1000 | ≈10 10 1003 |
10 10 000 | ≈10 10 10 004 |
10 100 000 | ≈10 10 100 005 |
10 10 100 | ≈10 10 10 100 |
A faktoriálist aktívan használják a matematika különböző ágaiban: kombinatorika , matematikai elemzés , számelmélet , funkcionális elemzés stb.
A faktoriális rendkívül gyorsan növekvő függvény. Gyorsabban növekszik, mint bármely exponenciális függvény vagy bármely hatványfüggvény , és gyorsabban, mint ezeknek a függvényeknek a szorzatainak összege. Az exponenciális függvény azonban gyorsabban növekszik, mint a faktoriális, akárcsak a legtöbb dupla kitevő, mint pl .
A faktoriális a következő rekurzív képlettel adható meg :
A kombinatorikában egy n természetes szám faktoriálisát egy n elemű halmaz permutációinak (sorrendjének) számaként értelmezzük .
Például egy 4 elemű { A , B , C , D } halmazhoz 4 van! = 24 permutáció:
ABCD BACD CABD DABC ABDC BADC CADB DACB ACBD BCAD CBAD DBAC ACDB BCDA CBDA DBCA ADBC BDAC CDAB DCAB ADCB BDCA CDBA DCBAA faktoriális kombinatorikus értelmezése megerősíti a megegyezés célszerűségét - az üres halmaz permutációinak száma eggyel egyenlő. Ezen túlmenően az elemek elhelyezéseinek számának képlete by
amikor az elemek permutációinak számának képletévé változik (sorrendű ), amely egyenlő -val .
A faktoriális egy egész argumentum gammafüggvényéhez kapcsolódik a reláció által
.Ugyanezt a kifejezést használják a faktoriális fogalmának a valós számok halmazára történő általánosításához . A gamma-függvény analitikus folytatását használva a faktoriális definíciós tartományát is kiterjesztjük a teljes komplex síkra , kizárva a szinguláris pontokat .
A faktoriális közvetlen általánosítása a valós és komplex számok halmazaira a pi-függvény , amely így definiálható.
(integrál definíció).Egy természetes szám vagy nulla pi függvénye egybeesik a faktoriálisával: . A faktoriálishoz hasonlóan a pi függvény is kielégíti az ismétlődési relációt .
A Stirling-képlet egy aszimptotikus képlet a faktoriális kiszámításához:
Sok esetben a faktoriális hozzávetőleges kiszámításához elegendő csak a Stirling-képlet fő tagját figyelembe venni:
Ugyanakkor vitatható, hogy
A Stirling-képlet lehetővé teszi a nagy számok faktoriálisainak hozzávetőleges értékeinek meghatározását anélkül, hogy közvetlenül megszorozná a természetes számok sorozatát. Például a Stirling-képlet segítségével ezt könnyű kiszámítani
Minden p prímszám beírja n kiterjesztését ! prímtényezőkkel a következő képlettel meghatározott hatványhoz:
Ily módon
ahol a szorzat átveszi az összes prímszámot. Látható, hogy bármely n - nél nagyobb p prím esetén a megfelelő tényező a szorzatban 1; ezért a szorzatot csak n -t meg nem haladó p prímek vehetik át .
Nem negatív n egész szám esetén :
Például:
A faktoriális kifejezések megjelentek a kombinatorika korai kutatásában , bár Christian Kramp francia matematikus csak 1808-ban javasolta a kompakt jelölést [13] . Fontos mérföldkő volt Stirling képletének felfedezése , amelyet James Stirling A differenciálmódszer ( lat. Methodus differentialis , 1730) című értekezésében tett közzé . Kicsit korábban majdnem ugyanezt a képletet tette közzé Stirling barátja , Abraham de Moivre , de kevésbé teljes formában (együttható helyett határozatlan állandó volt) [14] .
Stirling részletesen tanulmányozta a faktoriális tulajdonságait, egészen annak tisztázásához, hogy lehetséges-e kiterjeszteni ezt a fogalmat tetszőleges valós számokra. Számos lehetséges módot ismertetett ennek az ötletnek a megvalósítására, és úgy vélekedett, hogy:
Stirling nem tudta, hogy Leonhard Euler egy évvel korábban már talált megoldást a problémára . Christian Goldbachnak írt levelében Euler leírta a szükséges általánosítást [15] :
Ezt az ötletet kidolgozva Euler a következő évben, 1730-ban bevezette a gamma-függvény fogalmát klasszikus integrál formájában. Ezeket az eredményeket a Szentpétervári Tudományos Akadémia folyóiratában tette közzé 1729-1730-ban.
Egy n szám kettős faktoriálisát n ‼ -vel jelöljük , és az [1, n ] szegmensben lévő összes olyan természetes szám szorzataként definiáljuk, amelyek paritása megegyezik n -lel .
Kapcsolat két szomszédos nemnegatív egész szám dupla faktoriálisa és az egyik közönséges faktoriálisa között.
Képletek származtatásaA képlet származtatása: |
A képlet származtatása: Így lehetséges két szomszédos nemnegatív egész dupla faktoriálisa közötti kapcsolat bemutatása az egyik szokásos faktoriálisán keresztül. Ezután folytatjuk a páratlan n dupla faktoriális képletének származtatását . Menjünk vissza egy lépést (az ( n -1)!! explicit megjelenése előtt!! ) és hajtsunk végre néhány azonos algebrai transzformációt a nevezőn: A kapott kifejezést visszacseréljük a nevező képletébe : |
Egy példa a fent használt képlet származtatására:
Miután behelyettesítettük páros n -t és páratlan n -t, ahol egy nemnegatív egész szám, kapjuk:
Megállapodás alapján : Ez az egyenlőség természetesen fennáll:
A dupla faktoriális a szabályos faktoriálishoz hasonlóan csak nemnegatív egész számokra van definiálva.
Az n értéksor !! így kezdődik [16] :
1, 1, 2, 3, 8, 15, 48, 105, 384, 945, 3840, 10395, 46080, 135135, 645120, 2027025, 10321920, 34459425, 185794560, 654 729 075, 3 715 891 200, 185794560, 654 729 075, 3 715 891 200, 575, 81 749 606 400, 316 234 143 225, 1 961 990 553 600, 7 905 853 580 625, 51 011 753.Egy n szám m - szeres faktoriálisátjelöljükés definiáljuk. Legyen az n szám mintaholakkor [17]
A közönséges és a kettős faktoriális az m -szeres faktoriális speciális esetei m = 1 és m = 2 esetén.
A többszörös faktoriális a következő összefüggéssel kapcsolódik a gammafüggvényhez [18] :
A többszörös faktoriálist rövidített formában is meg lehet írni .
A csökkenő faktoriális a kifejezés
.Például:
n =7; k = 4 ( n − k ) + 1 = 4, nk = 7 • 6 • 5 • 4 = 840.A csökkenő faktoriális megadja az elhelyezések számát n -től k -ig .
Növekvő faktoriálisA növekvő faktoriális kifejezés
Egy n szám elsődleges vagy primoriális ( eng. primorial ) jelölése p n # , és az első n prímszám szorzataként van definiálva . Például,
.Néha az elsődleges szám egy adott n értéket meg nem haladó összes prímszám szorzataként van definiálva .
A primoriálisok sorozata (beleértve a ) így kezdődik [19] :
1 , 2 , 6 , 30 , 210 , 2310 , 30 030, 510 510, 9 699 690, 223 092 870, 6 469 693 230, 200 560 490 130, 7 420 738 134 810, 304 250 263 527 210, 13 082 761 331 670 030, 614 889 782 588 491 400, 32 589 158 477 190 046 000, 1 922 760 350 154 212 800 …Az első néhány Fibonacci-szám szorzata. Írva n ! F. _
Például: 6! F = .
Neil Sloane és Simon Plouffet1995 - ben a szuperfaktoriálist az első n faktoriális szorzataként határozták meg. E meghatározás szerint a négy szuperfaktoriálisa egyenlő
(mivel nincs megállapított megnevezés, funkcionálisat használnak).
Összességében
A számok szuperfaktoriális sorozata így kezdődik [20] :
1, 1, 2, 12, 288, 34 560, 24 883 200, 125 411 328 000, 5 056 584 744 960 000, 1 834 933 472 251 084 800 000, 6 658 606 584 104 737 000 000 000 000, 265 , 265 790 267 296 391 960 000 000 000 000 000 000Az ötletet 2000-ben Henry Bottomley általánosította , ami a hiperfaktoriálisokhoz ( eng. Hyperfactorial ) vezetett, amelyek az első n szuperfaktoriális termékei. A számok hiperfaktoriális sorozata így kezdődik [21] :
1, 1, 2, 24, 6912, 238 878 720, 5 944 066 965 504 000, 745 453 331 864 786 800 000 000 000 000, 3 769 447 945 987 085 600 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000, 6 916 686 686 207 999 801 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000Ismételten folytatva , definiálható a többszintű faktoriális , vagy az n m - szintű faktoriálisa , mint az 1-től n -ig terjedő számok ( m − 1) szintű faktoriálisának szorzata , azaz.
hol és _
Szubfaktoriális ! n az n rendű permutációk száma , azaz egy n elemű halmaz fix pont nélküli permutációi .
Matematikai jelek | |
---|---|
| |