Kann man die Gamma-Funktion auf wirklich alle Zahlen anwenden?

3 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Die Gamma-Funktion lässt sich zunächst einmal für alle reellen s > 0 als das uneigentliche Integral



definieren. Mittels mehrfacher partieller Integration sieht man, dass dieses Integral für natürliche Funktionswerte s = n die Fakultäten interpoliert. An der absoluten Konvergenz des Integrals für alle reellen s > 0 erkennt man zudem die Konvergenz des Integrals für alle komplexen s mit Re(s) > 0. Mittels Mellin-Transformation lässt sich die Funktionalgleichung der Gamma-Funktion herleiten:



Auf Grund der Funktionalgleichung lässt sich die Gamma-Funktion mittels des Identitätssatzes für komplexwertige Funktionen einer Variablen eindeutig zu einer meromorphen Funktion in die gesamte komplexe Ebene fortsetzen. An der Funktionalgleichung erkennt man zudem, dass isolierte Polstellen bei s = 0 und an allen negativen geraden ganzen Zahlen s = -2n vorliegen.

Daher kurze Antwort auf Deine Frage: Die Gamma-Funktion lässt sich auf alle komplexwertigen Zahlen s mit Ausnahme der 0 und aller geraden ganzen negativen Zahlen anwenden… :-)

PS: Die Laurent-Reihenentwicklung von Gamma um 1 lautet:



mit der Euler-Mascheroni-Konstanten. Wenn man nun in die Reihenentwicklung die nilpotente Matrix epsilon mit Nilpotenz-Index 2 einsetzt, bricht diese nach dem ersten Glied ab, und es gilt:



Ich denke, das ist das, was Wolfram Alpha Dir ausgibt…

Dir ist klar, dass wir hier über Dinge auf dem Niveau des 4. Semesters Mathematik-Studium (Funktionentheorie) reden? Ich habe das alles aus Nostalgie-Gründen aufgeschrieben, weil ich mich im Zuge meiner Promotion in Mathematik sehr intensiv mit der Gamma-Funktion beschäftigt habe und mir dies unglaublichen Spass gemacht hat. Die Gamma-Funktion ist eine der schönsten Funktionen, die die Funktionentheorie und die analytische Zahlentheorie zu bieten haben. Sie entfaltet ihre wirkliche Pracht aber nicht als reelle Funktion, sondern erst als meromorphe Funktion in der komplexen Ebene… :-)

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – PhD Analytische & Algebraische Zahlentheorie
NeilderMensch 
Fragesteller
 06.06.2023, 20:00

Danke!

Noch eine Frage: Warum sagt Wolfram Alpha dann 1+j?

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ChrisGE1267  06.06.2023, 20:07
@NeilderMensch

Das schaue ich mir später nochmal genauer an - meromorphe Funktionen wie die Gamma-Funktion können in sogenannte Laurent-Reihen entwickelt werden; vermutlich ist anstatt der komplexen Variablen s dann eine Matrix in die entsprechende Reihe um den Entwicklungspunkt eingesetzt worden…

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Kann man die Gamma-Funktion auf wirklich alle Zahlen anwenden?

Nein, sie hat zum beispiel bei 0 eine Polstellen

Auch in reellen ist die Gamma Funktion für unendlich viele Zahlen (alle negativen geraden Zahlen und die 0) nicht definiert. Das ganze ist auch der Fall sobald die Zahlen nicht mehr bezüglich der Multiplikation kommutativ sind:

Bild zum Beitrag

Bei Dualen Zahlen ist das Stichwort: automatic differentiation
Das beruht einfach nur auf Taylorreihen... (siehe hier)

Es gilt:

f(x + y * ε) = f(x) + y * f'(x) * ε, {x, y} ∈ ℝ ∧ ε² = 0 ∧ ε ≠ 0

Mit der Gamma Funktion erhältst du:

Γ(x + y * ε) = Γ(x) + y * Γ'(x) * ε
Γ(x + y * ε) = Γ(x) + y * Γ(x) * Ψ⁰(x) * ε

Wobei Γ die Gamma Funktion und Ψ⁰ die PSI-0-Funktion ist.
Somit ist die Gamma Funktion auch für alle dualen Zahlen außer gerade negative Zahlen definiert. ;)

Das was Wolfram Alpha getan hat ist richtig, aber nicht das was du eigentlich willst.
Die Matrizen-Repräsentation ist eben nur eine Repräsentation und nicht gleich den dualen Zahlen. Sie hat einfach nur die gleichen Eigenschaften bezüglich der Addition und der Multiplikation. Sie sind also nicht gleich!

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Mathematikstudium
 - (Mathematik, rechnen, Funktion)
NeilderMensch 
Fragesteller
 18.06.2023, 18:14

Ach so!

Vielen Dank! Das hilft weiter.

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