Keith Conrad. Stirling's Formula.

Stirling's Formula

\[\lim_{n \rightarrow \infty} \frac{n!}{(n^n/e^n)\sqrt{2\pi n}} =1.
\]

Proof:

\[\begin{array}{ll}
n!
&= \int_{0}^\infty x^n e^{-x} \mathrm{d}x \\
&= \int_{-\sqrt{n}}^\infty (n+\sqrt{n}t)^n e^{-(n+\sqrt{n}t)} \sqrt{n} \mathrm{d}t \\
&= \frac{n^n \sqrt{n}}{e^n} \int_{-\sqrt{n}}^{\infty} (1+\frac{t}{\sqrt{n}})^n e^{-\sqrt{n}t}
\mathrm{d}t. \\
&= \frac{n^n \sqrt{n}}{e^n} \int_{-\infty}^{\infty} f_n(t)
\mathrm{d}t,
\end{array}
\]

其中

\[f_{n}(t) =
\left \{
\begin{array}{ll}
0 & t< \sqrt{n} \\
(1+\frac{t}{\sqrt{n}})^n e^{-\sqrt{n}t} & t\ge \sqrt{n}
\end{array}
\right.
\]

接下来证明\(f_n(t)\)趋于\(e^{-\frac{t^2}{2}}\),

\[\ln f_n(t) = n \ln (1+ \frac{t}{\sqrt{n}}) - \sqrt{n}t , t \ge \sqrt{n},
\]
\[\ln (1+x) = 0 + x - \frac{x^2}{2} + o(x^2),
\]

当\(n\)足够大的时候

\[\ln f_n(t) = \sqrt{n}t -t^2/2+\sqrt{n}t+o(t^2/n)=-\frac{t^2}{2}+o(t^2/n),
\]

故\(f_n(t) \rightarrow e^{-t^2/2}\).

观察(\(t \ge -\sqrt{n}\))

\[\begin{array}{ll}
\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}(\ln f_{n+1}(t) - \ln f_n(t) )
&= \frac{\sqrt{n}t}{\sqrt{n}+t} - \frac{\sqrt{n+1}t}{\sqrt{n+1}+t} \\
&= \frac{(\sqrt{n}-\sqrt{n+1})t^2}{(\sqrt{n}+t)(\sqrt{n+1}+t)} \le 0,
\end{array}
\]

又\(f_n(0)=0\), 故

\[f_{n+1} /f_n \ge 1, \quad t \in [\sqrt{n},0),
\]
\[f_{n+1} /f_n \le 1, \quad t \in [0, +\infty).
\]

又\(f_n(t)\)非负, 故根据单调收敛定理和优解控制定理可知

\[\lim_{n\rightarrow \infty} \int_{-\infty}^{+\infty} f_n(t) \mathrm{d}t = \int_{-\infty}^{+\infty} \lim_{n\rightarrow \infty} f_n(t) \mathrm{d}t = \int_{-\infty}^{+\infty}e^{-\frac{t^2}{2}}\mathrm{d} t=\sqrt{2 \pi}.
\]

证毕.

Stirling's Formula的更多相关文章

  1. The Hundred Greatest Theorems

    The Hundred Greatest Theorems The millenium seemed to spur a lot of people to compile "Top 100& ...

  2. [Algorithm] Asymptotic Growth Rate

    f(n) 的形式 vs 判定形势 但,此题型过于简单,一般不出现在考题中. Extended: link Let's set n = 2^m, so m = log(n) T(n) = 2*T(n^( ...

  3. UNDERSTANDING THE GAUSSIAN DISTRIBUTION

    UNDERSTANDING THE GAUSSIAN DISTRIBUTION Randomness is so present in our reality that we are used to ...

  4. 【概率论】1-2:计数方法(Counting Methods)

    title: [概率论]1-2:计数方法(Counting Methods) categories: Mathematic Probability keywords: Counting Methods ...

  5. 一组关于{x}的积分

    \[\Large\displaystyle \int_{0}^{1}\left \{ \frac{1}{x} \right \}\mathrm{d}x~,~\int_{0}^{1}\left \{ \ ...

  6. redmine computed custom field formula tips

    项目中要用到Computed custom field插件,公式不知道怎么写,查了些资料,记录在这里. 1.http://apidock.com/ruby/Time/strftime 查看ruby的字 ...

  7. salesforce 零基础开发入门学习(十五)salesforce中formula的使用(不含Date/Time)

    本文参考官方的formula介绍PDF:https://resources.docs.salesforce.com/200/latest/en-us/sfdc/pdf/salesforce_usefu ...

  8. Hibernate @Formula 注解方式

    1.Formula的作用 Formula的作用就是用一个查询语句动态的生成一个类的属性 就是一条select count(*)...构成的虚拟列,而不是存储在数据库里的一个字段.用比较标准的说法就是: ...

  9. Hibernate @Formula

    在使用Hibernate时经常会遇到实体类某个字段存的是code值而非我们最终想要的中文具体显示的值, 如果使用Hibernate的一对一关联这种,一个属性还好说,但是如果一个实体类里有多个字段都是需 ...

随机推荐

  1. Java项目发现==顺手改成equals之后,会发生什么?

    最近发生一件很尴尬的事情,在维护一个 Java 项目的时候,发现有使用 == 来比较两个对象的属性, 于是顺手就把 == 改成了 equals.悲剧发生...... == 和 equals 的区别 = ...

  2. 13. 搭建arm-linux-gcc交叉编译环境

    1.下载工具并解压 下载路径  http://www.arm9.net/download.asp 将 arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-20120301.tgz 拷贝到 Linux ...

  3. windows磁盘扩容

    要邻近的磁盘,才可以扩展.所以必须要先删除恢复分区. 删除恢复分区,参考如下: https://jingyan.baidu.com/article/574c5219598d5e6c8c9dc15e.h ...

  4. Notepad++【远程操作linux文件】

    目录 目的 预期效果 操作步骤 1.打开插件 2.安装NppFTP 3.连接远程主机 注意 目的 通过Notepad++远程登录linux主机,修改配置文件 预期效果 在Notepad++上登录lin ...

  5. celery开启worker报错django.core.exceptions.ImproperlyConfigured: Requested setting INSTALLED_APPS, but settings are not configured. You must either define the environment variable DJANGO_SETTINGS_MODULE o

    其实挺简单的问题,但花了自己一个下午来解决,先是浏览各种博客,无果:没办法,然后去看celery官方文档,无果,近乎绝望,最后仔细看代码,找到问题所在(如下),自学狗这效率...... 下面是自己ta ...

  6. 【Java 8】Stream API

    转自 Java 8 Stream Java8的两个重大改变,一个是Lambda表达式,另一个就是本节要讲的Stream API表达式.Stream 是Java8中处理集合的关键抽象概念,它可以对集合进 ...

  7. Consumer方法结合Lambda表达式的应用

    package com.itheima.demo05.Consumer;import java.util.function.Consumer;/** * @author newcityman * @d ...

  8. JDK的简介,卸载和安装过程

    JDK的简介,卸载和安装过程 JDK JRE JVM JDK:Java Development Kit JRE:Java Runtime Environment JVM:Java Virtual Ma ...

  9. 回溯——51. N皇后

    这一题在我刚开始拿到的时候,是一点思路都没有的,只能先分析题目的要求,即queen之间的规则: 不能同行 不能同列 不能同斜线 不能同左斜 不能同右斜 同时发现,在寻找所有可能结果的穷举过程中,传入的 ...

  10. 如何用three.js实现数字孪生、3D工厂、3D工业园区、智慧制造、智慧工业、智慧工厂-第十课

    文章前,先聊点啥吧. 最近元宇宙炒的挺火热,在所有人都争相定义元宇宙的时候,资本就开始着手入场了.当定义明确,全民皆懂之后,风口也就过去了. 前两天看到新闻,新世界CEO宣布购入最大的数字地块,这块虚 ...