阶乘是基斯顿·卡曼(ChristianKramp,1760~1826)于 1808 年发明的运算符号1.
一个正整数的阶乘(factorial)是所有小于及等于该数的正整数的积,0的阶乘为1.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!=1*2*…*(n-1)*n.
阶乘运算满足递推公式n!=n(n-1)!,0的阶乘是1.
历史
早在12世纪,印度学者就已有使用阶乘的概念来计算排列数的纪录2.今天使用的符号是由法国数学家基斯顿·卡曼于1808年引入的.1
定义
对于一个正整数n,n的阶乘可通过连乘积来定义:3
用连乘积符号可以表示为:
从上述公式中,可以推导出递推关系式:
例:.
零的阶乘
为了将递推关系式扩展到 ,需要定义0的阶乘:0!=13
因此由递推公式可以得到:
有几种独立的理由认为这个定义是和谐的:
1.当时,
定义为“没有任何数字相乘的结果”,因此这是一个更广泛的定义“空积(emptyproduct)”的例子;
2.在组合数学中,对0个物品只有一种排列方式,即0个物品的全排列1;
3,同样,在空集合中选择0个元素组成不同组的方法只有一种,即;
注: 与
都表示从
个不同元素中取出
个元素的组合数:
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4.考虑r函数在点处的情况,
,r函数需要满足该值才能在该点连续.5
性质
阶乘函数的性质众多,这里只能简单列举几个常见的性质.
分析学方面
考虑,其增长速率比指数函数
要快,但比双指数函数
要慢(a,b>0).事实上,
的增长速率与
相同.原因是
注:这里的约等号事实上并不严谨,对上述命题的严谨证明如下:
由关系式
推出
但是,
因此当时,有
由于当时有
,公式
的相对误差当
时趋于零5.
经典的斯特林公式(Stirling's approximation)如下:
事实上,这是公式在
上的特殊情况这个公式意味着我们可以通过
来近似的估计
的大小.斯特林公式给出了这个渐进级数的第一项,当项数增加时,可以得到更精确的结果,如
另一个版本是使用奇数级指数函数来近似.5
数论方面
整数的阶乘定义意味着可分为小于等于
的素因子的乘积,
的素因子
的指数由勒让德公式(Legendre'sformula)给出:
注:设为任意实数,则
表示不超过x的最大整数.
由此可推出的标准分解式为
例1:求 100!中 3 的指数.
解:
例2: 是勒让德公式的一个特殊情况,
给出了
这个数字末尾的0的数量(即正好可以被10的
次幂整除).事实上,由勒让德公式知
的指数总是大于
的指数,这样每个因子5才能与一个因子2配对.
关于可分性的另一个结果是威尔逊定理(Wilson'stheorem):一个自然数是质数当且仅当
.6
对非负整数
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