阶乘


阶乘 (正體)

阶乘,定义于整个实数(负整数除外)。
例如:0! = 1! = 1\,(-0.5)! = \sqrt{\pi}(0.5)! = \sqrt{\pi}/2.

阶乘英语factorial)是所有小于或等于该数的正整数自然数n的阶乘写作n!。1808年基斯顿·卡曼引进这个表示法。

n!=\prod_{k=1}^n k 对于所有n\ge0

即是n!=1×2×3×...×n

规定0!=1。这条式子令阶乘的递归定义在n=0时有效:(n+1)!=n!(n+1),亦令很多组合数学恒等式在大小为零时仍有效。

阶乘亦可以用伽玛函数定义,令非整数的数亦有效:

z!=\Gamma(z+1)=\int_{0}^{\infty} t^z e^{-t}\, dt

目录

计算

当n不太大时,普通的计数机(科学计算机)都可以计算。大部分计数机能够处理最大的n的阶乘是69!,因为70!>10100[来源请求]

当n很大时,可以用斯特林公式估计: n! \sim \sqrt{2 \pi n} \; \left(\frac{n}{e}\right)^{n}
更精确的估计是: n! = \sqrt{2 \pi n} \; \left(\frac{n}{e}\right)^{n}e^{\lambda_n}
其中 \frac{1}{12n+1} < \lambda_n < \frac{1}{12n}.

变化

伽玛函数

伽玛函数

伽玛函数将阶乘推广到复数,其定义为

\Gamma(z+1)=\int_{0}^{\infty} t^z e^{-t}\, \mathrm{d}t. \!

它满足\Gamma(n+1)=n\Gamma(n) \,

递进/递降阶乘

  • 递降阶乘: (x)_n = x^{\underline{n}} = x(x-1)...(x+n+1)
  • 递进阶乘: x^{\overline{n}} = x(x-1)...(x-n+1)
  • x^{\overline{n}}= (-1)^n (-x)^{\underline{n}}

双阶乘

n!!表示双阶乘,其定义为: (2n-1)!!=1\times3\times5\times7\times\cdots\times(2n-1)

(2n)!!=2\times4\times6\times8\times\cdots\times(2n)

多重阶乘

n!(k)被称为n的k重阶乘,定义为:


  n!^{(k)}=
  \left\{
   \begin{matrix}
    1,\qquad\qquad\ &&\mbox{if }0\le n<k;
   \\
    n(n-k)!^{(k)},&&\mbox{if }n\ge k.\quad\ \ \,
   \end{matrix}
  \right.

hyper阶乘

hyper阶乘(hyperfactorial)写作H(n),其意思为:


  H(n)
  =\prod_{k=1}^n k^k
  =1^1\cdot2^2\cdot3^3\cdots(n-1)^{n-1}\cdot n^n

hyper阶乘和阶乘差不多,但产生更大的数。hyper阶乘的增长速度却并非跟一般阶乘的差很远。

超级阶乘

1995年尼尔·斯洛恩西蒙·普劳夫定义了超级阶乘(superfactorial)为首n个阶乘的积。即 sf(n)=1!×2!×3!×...×n!(OEIS:A000178)。一般来说


  \mathrm{sf}(n)
  =\prod_{k=1}^n k! =\prod_{k=1}^n k^{n-k+1}
  =1^n\cdot2^{n-1}\cdot3^{n-2}\cdots(n-1)^2\cdot n^1.

柯利弗德·皮寇弗在他的书Key to Infinity定义了另一个超级阶乘,写作n$̣($̣实际上应该是!和S重叠在一起):n$̣=n(4)n,(4)表示hyper4,使用高德纳箭号表示法即n$̣=(n!)↑↑(n!)。这个数列:

1$̣=1
2$̣=22=4
3\mathrm{S}\!\!\!\!\!\;\,{!}=6\uparrow\uparrow6=6^{6^{6^{6^{6^6}}}}






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