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ベータ関数の無限乗積表示

ベータ関数とは
{\displaystyle \mathrm {\mathrm {B} } (x,y)=\int _{0}^{1}t^{x-1}(1-t)^{y-1}\,dt\!}
で定義される関数。
この記事では、
ベータ関数の無限乗積表示
\displaystyle B(x,y)=\frac{x+y}{xy}\lim _{n \rightarrow \infty} \prod_{k=1}^n \frac{k(x+y+k)}{(x+k)(y+k)}
を示す。

ベータ関数はガンマ関数と次のような関係がある:
{\displaystyle \mathrm {\mathrm {B} } (x,y)={\frac {\Gamma (x)\,\Gamma (y)}{\Gamma (x+y)}}\!}
こちらのサイト様で証明が読める:ガンマ関数とベータ関数の関係式とその証明 | 数学の景色

さて、ガンマ関数には次の無限乗積表示がある(ガウス公式):
\Gamma(z)=\displaystyle \lim _{n \rightarrow \infty} n^{z} n ! \prod_{k=0}^{n} (z+k)^{-1}.
(こちらのサイト様より→ガンマ関数の無限積表示 | 理系ノート)
G_n(z)=\displaystyle  n^{z} n ! \prod_{k=0}^{n} (z+k)^{-1}
とおくと、
\displaystyle\lim _{n \rightarrow \infty} \dfrac {G_n(x) G_n(y)}{G_n(x+y)} \\ =  \displaystyle \dfrac {\lim _{n \rightarrow \infty} G_n(x) \lim _{n \rightarrow \infty}  G_n(y)}{ \lim _{n \rightarrow \infty}  G_n(x+y)} \\ = {\dfrac {\Gamma (x)\,\Gamma (y)}{\Gamma (x+y)}}\!  = B(x,y)
よって
\displaystyle B(x,y)=\lim _{n \rightarrow \infty} \frac{ n^x n^y (n!)^2}{n^{x+y} n!}\prod_{k=0}^n \frac{(x+y+k)}{(x+k)(y+k)}
約分して、
\displaystyle B(x,y)=\lim _{n \rightarrow \infty} n!\prod_{k=0}^n \frac{(x+y+k)}{(x+k)(y+k)}
n!=\prod_{k=1}^n k だから、
\displaystyle B(x,y)=\frac{x+y}{xy}\lim _{n \rightarrow \infty} \prod_{k=1}^n \frac{k(x+y+k)}{(x+k)(y+k)}




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