反伽瑪函數
Γ
−
1
(
x
)
{\displaystyle \Gamma ^{-1}(x)}
的
函數圖形 反伽瑪函數
Γ
−
1
(
x
)
{\displaystyle \Gamma ^{-1}(x)}
在
複數域 的
色相環複變函數圖形 反伽瑪函數
Γ
−
1
(
x
)
{\displaystyle \Gamma ^{-1}(x)}
伽瑪函數 （Γ函數）的反函數 。
換句話說，如果反Γ函數以
Γ
−
1
(
x
)
=
y
{\textstyle \Gamma ^{-1}(x)=y}
Γ
(
y
)
=
x
{\textstyle \Gamma (y)=x}
函數值 為5，
Γ
−
1
(
24
)
=
5
{\displaystyle \Gamma ^{-1}(24)=5}
[1] 定義域 在實數 區間
[
β
,
+
∞
)
{\displaystyle \left[\beta ,+\infty \right)}
[
α
,
+
∞
)
{\displaystyle \left[\alpha ,+\infty \right)}
β
=
0.8856031
…
{\displaystyle \beta =0.8856031\ldots }
[2] 實軸 上的最小值、
α
=
Γ
−
1
(
β
)
=
1.4616321
…
{\displaystyle \alpha =\Gamma ^{-1}(\beta )=1.4616321\ldots }
[3]
Γ
(
x
)
{\displaystyle \Gamma (x)}
x
{\displaystyle x}
[4] 階乘 的關係來定義反階乘 ，即階乘的反函數。
限制在
[
α
,
+
∞
)
{\displaystyle \left[\alpha ,+\infty \right)}
Γ
−
1
(
x
)
{\displaystyle \Gamma ^{-1}(x)}
Γ
n
−
1
(
z
)
{\displaystyle \Gamma _{n}^{-1}(z)}
直接將伽瑪函數取反函數將成為多值函數 ，因此通常會將反伽瑪函數限制在特定區間上的反函數 定義 由於反伽瑪函數是伽瑪函數的反函數 ，因此最簡單的情況下可以表示為：
Γ
(
Γ
−
1
(
x
)
)
=
x
{\displaystyle \Gamma (\Gamma ^{-1}(x))=x}
更進一步的，反伽瑪函數可以用如下積分 表達式來定義：[5]
Γ
−
1
(
x
)
=
a
+
b
x
+
∫
−
∞
Γ
(
α
)
(
1
x
−
t
−
t
t
2
−
1
)
d
μ
(
t
)
{\displaystyle \Gamma ^{-1}(x)=a+bx+\int _{-\infty }^{\Gamma (\alpha )}\left({\frac {1}{x-t}}-{\frac {t}{t^{2}-1}}\right)d\mu (t)}
其中
∫
−
∞
Γ
(
α
)
(
1
t
2
+
1
)
d
μ
(
t
)
<
∞
{\displaystyle \int _{-\infty }^{\Gamma \left(\alpha \right)}\left({\frac {1}{t^{2}+1}}\right)d\mu (t)<\infty }
b
≧
0
{\displaystyle b\geqq 0}
實數 、
μ
(
t
)
{\displaystyle \mu (t)}
博雷尔测度 。
近似值 不同分支的反伽瑪函數 反伽瑪函數的分支可以透過先計算
Γ
−
1
(
x
)
{\displaystyle \Gamma ^{-1}(x)}
α
{\displaystyle \alpha }
泰勒級數 ，接著截斷級數並求其反函數來得到更好的近似值。
例如，可以寫出關於反伽瑪函數的二次近似[6]
Γ
−
1
(
x
)
≈
α
+
2
(
x
−
Γ
(
α
)
)
Ψ
(
1
,
α
)
Γ
(
α
)
.
{\displaystyle \Gamma ^{-1}\left(x\right)\approx \alpha +{\sqrt {\frac {2\left(x-\Gamma \left(\alpha \right)\right)}{\Psi \left(1,\ \alpha \right)\Gamma \left(\alpha \right)}}}.}
反伽瑪函數也有如下的渐近分析 形式：[7]
Γ
−
1
(
x
)
∼
1
2
+
ln
(
x
2
π
)
W
0
(
e
−
1
ln
(
x
2
π
)
)
{\displaystyle \Gamma ^{-1}(x)\sim {\frac {1}{2}}+{\frac {\ln \left({\frac {x}{\sqrt {2\pi }}}\right)}{W_{0}\left(e^{-1}\ln \left({\frac {x}{\sqrt {2\pi }}}\right)\right)}}}
其中
W
0
(
x
)
{\displaystyle W_{0}(x)}
朗伯W函数 。這個公式是利用史特靈公式 求逆得到的，因此也可以展開為漸近級數。
級數展開 要計算反伽瑪函數的級數展開可以先計算倒數伽瑪函數
1
Γ
(
x
)
{\displaystyle {\frac {1}{\Gamma (x)}}}
在負整數極點附近的級數展開，然後再求級數的逆。
令
z
=
1
x
{\displaystyle z={\frac {1}{x}}}
n
{\displaystyle n}
Γ
n
−
1
(
z
)
{\displaystyle \Gamma _{n}^{-1}(z)}
n
≥
0
{\displaystyle n\geq 0}
[8]
Γ
n
−
1
(
z
)
=
−
n
+
(
−
1
)
n
n
!
z
+
ψ
(
0
)
(
n
+
1
)
(
n
!
z
)
2
+
(
−
1
)
n
(
π
2
+
9
ψ
(
0
)
(
n
+
1
)
2
−
3
ψ
(
1
)
(
n
+
1
)
)
6
(
n
!
z
)
3
+
O
(
1
z
4
)
{\displaystyle \Gamma _{n}^{-1}(z)=-n+{\frac {\left(-1\right)^{n}}{n!z}}+{\frac {\psi ^{(0)}\left(n+1\right)}{\left(n!z\right)^{2}}}+{\frac {\left(-1\right)^{n}\left(\pi ^{2}+9\psi ^{(0)}\left(n+1\right)^{2}-3\psi ^{(1)}\left(n+1\right)\right)}{6\left(n!z\right)^{3}}}+O\left({\frac {1}{z^{4}}}\right)}
其中，
ψ
(
n
)
(
x
)
{\displaystyle \psi ^{(n)}(x)}
多伽玛函数 。
反階乘 反階乘的複變函數圖形 反階乘是階乘 的反函數 ，有時記為Factorial-1 或ArcFactorial[9] 函數值 可以透過反伽瑪函數 或解伽瑪函數方程來得到[10]
5
!
=
120
{\displaystyle 5!=120}
[註 1]
反伽瑪函數與反階乘的關係為：
Γ
−
1
(
n
)
=
A
r
c
F
a
c
t
o
r
i
a
l
(
z
)
+
1
{\displaystyle \Gamma ^{-1}(n)=\mathrm {ArcFactorial} (z)+1}
這是由於：
z
!
=
Γ
(
z
+
1
)
{\displaystyle z!=\Gamma (z+1)}
反階乘可以定義為：
(
A
r
c
F
a
c
t
o
r
i
a
l
(
z
)
)
!
=
z
{\displaystyle (\mathrm {ArcFactorial} (z))!=z}
條件是
A
r
c
F
a
c
t
o
r
i
a
l
(
z
)
{\displaystyle \mathrm {ArcFactorial} (z)}
−
∞
{\displaystyle -\infty }
在分支點
z
=
μ
0
{\displaystyle z=\mu _{0}}
A
r
c
F
a
c
t
o
r
i
a
l
(
z
)
=
ν
0
+
∑
n
=
1
N
−
1
d
n
⋅
(
log
(
z
/
μ
0
)
)
n
/
2
{\displaystyle \mathrm {ArcFactorial} (z)=\nu _{0}+\sum _{n=1}^{N-1}d_{n}\cdot {\Big (}\log(z/\mu _{0}){\Big )}^{n/2}}
由於階乘與伽瑪函數之間的關聯，反階乘也可以透過反伽瑪函數近似公式來估計：
A
r
c
F
a
c
t
o
r
i
a
l
(
z
)
≈
−
1
+
α
+
2
(
x
−
Γ
(
α
)
)
Ψ
(
1
,
α
)
Γ
(
α
)
.
{\displaystyle \mathrm {ArcFactorial} \left(z\right)\approx -1+\alpha +{\sqrt {\frac {2\left(x-\Gamma \left(\alpha \right)\right)}{\Psi \left(1,\ \alpha \right)\Gamma \left(\alpha \right)}}}.}
因此，反階乘也可以寫成如下的渐近分析 形式：[7]
A
r
c
F
a
c
t
o
r
i
a
l
(
x
)
∼
ln
(
x
2
π
)
W
0
(
e
−
1
ln
(
x
2
π
)
)
−
1
2
{\displaystyle \mathrm {ArcFactorial} \left(x\right)\sim {\frac {\ln \left({\frac {x}{\sqrt {2\pi }}}\right)}{W_{0}\left(e^{-1}\ln \left({\frac {x}{\sqrt {2\pi }}}\right)\right)}}-{\frac {1}{2}}}
其中
W
0
(
x
)
{\displaystyle W_{0}(x)}
朗伯W函数 。
參見 註釋 參考文獻
^ Borwein, Jonathan M.; Corless, Robert M. Gamma and Factorial in the Monthly. The American Mathematical Monthly. 2017, 125 (5): 400–424. JSTOR 48663320 S2CID 119324101 arXiv:1703.05349 doi:10.1080/00029890.2018.1420983 ^ A030171 ^ A030169 ^ Uchiyama, Mitsuru. The principal inverse of the gamma function . Proceedings of the American Mathematical Society. April 2012, 140 (4): 1347 [20 March 2023] . JSTOR 41505586 S2CID 85549521 doi:10.1090/S0002-9939-2011-11023-2 存档 于2023-03-20）. ^ Pedersen, Henrik. " Inverses of gamma functions" 7 (2): 251–267 [2023-08-21 ] . S2CID 253898042 arXiv:1309.2167 doi:10.1007/s00365-014-9239-1 存档 于2023-05-24）. ^ Corless, Robert M.; Amenyou, Folitse Komla; Jeffrey, David. Properties and Computation of the Functional Inverse of Gamma. 2017 19th International Symposium on Symbolic and Numeric Algorithms for Scientific Computing (SYNASC). 2017: 65. ISBN 978-1-5386-2626-9S2CID 53287687 doi:10.1109/SYNASC.2017.00020 ^ 7.0 7.1 Amenyou, Folitse Komla; Jeffrey, David. "Properties and Computation of the inverse of the Gamma Function" (学位论文): 28. 2018 [2023-08-23 ] . （原始内容存档 于2022-05-09）. ^ Couto, Ana Carolina Camargos; Jeffrey, David; Corless, Robert. The Inverse Gamma Function and its Numerical Evaluation . Maple Conference Proceedings. November 2020. Section 8 [2023-08-23 ] . （原始内容存档 于2023-05-16）. ^ Kouznetsov, Dmitrii and Trappmann, Henryk. Superfunctions and sqrt of factorial. Moscow University Physics Bulletin. 2010-03, 65 : 6–12. doi:10.3103/S0027134910010029 ^ InverseFactorial . resources.wolframcloud.com. [2023-08-21 ] . （原始内容存档 于2023-08-21）.
. doi:10.1080/00029890.2018.1420983.
A030171
