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Una forma cerrada del producto las funciones gamma que contienen$\pi$ y$\phi$

Jugando con funciones gamma, por azar ingresar números a Wolfram Alpha, tengo las siguientes hermoso resultado

\begin{equation} \frac{\Gamma\left(\frac{3}{10}\right)\Gamma\left(\frac{4}{10}\right)}{\Gamma\left(\frac{2}{10}\right)}=\frac{\sqrt[\large5]{4}\cdot\sqrt{\pi}}{\phi} \end{equation}

donde $\phi$ es la proporción áurea.

Podría alguien, por favor me ayudan a probarlo en la mano? Me refiero sin el uso de la tabla para los valores específicos de $\Gamma(x)$ a excepción de $\Gamma\left(\frac{1}{2}\right)$. Como de costumbre, preferiblemente con formas elementales (escuela secundaria de métodos)? Cualquier ayuda sería muy apreciada. Gracias.

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user153012 Puntos 4406

Vamos a mostrar que

$$ \frac{\Gamma\left(\frac{3}{10}\right)\Gamma\left(\frac{4}{10}\right)}{\Gamma\left(\frac{2}{10}\right)}=\frac{\sqrt[\large5]{4}\cdot\sqrt{\pi}}{\phi}, $$

donde $\phi$ es la proporción áurea.

Porque de la de Gauss, la multiplicación de la fórmula sabemos que $$\Gamma(2z)=\frac{1}{\sqrt{\pi}}2^{2z-1}\Gamma(z)\Gamma\left(z+\frac{1}{2}\right).$$ Debido a $\Gamma$ es en ninguna parte de cero, podemos dividir la fórmula por $\Gamma(z)$, y obtenemos $$\frac{\Gamma(2z)}{\Gamma(z)}=\frac{1}{\sqrt{\pi}}2^{2z-1}\Gamma\left(z+\frac{1}{2}\right).$$

Ponemos a $z:=2/10$ en la fórmula y obtener $$\color{red}{\frac{\Gamma\left(\frac{4}{10}\right)}{\Gamma\left(\frac{2}{10}\right)}}=\frac{1}{\sqrt{\pi}}2^{\frac{4}{10}-1}\color{blue}{\Gamma\left(\frac{7}{10}\right)}.$$

Ahora echa un vistazo a la de Euler reflexión de la fórmula. $$\Gamma(z)\Gamma(1-z)=\frac{\pi}{\sin(z\pi)}.$$

Con $z:=3/10$ tenemos

$$\color{green}{\Gamma\left(\frac{3}{10}\right)}\color{blue}{\Gamma\left(\frac{7}{10}\right)}=\frac{\pi}{\sin\left(\frac{3}{10}\pi\right)}.$$

Poniendo todo esto junto, obtenemos

$$ \color{red}{\frac{\color{green}{\Gamma\left(\frac{3}{10}\right)}\Gamma\left(\frac{4}{10}\right)}{\Gamma\left(\frac{2}{10}\right)}}=\frac{1}{\sqrt{\pi}}2^{\frac{4}{10}-1}\frac{\pi}{\sin\left(\frac{3}{10}\pi\right)}.$$

Ahora tenemos que

$$\sin\left(\frac{3}{10}\pi\right)=\frac{1+\sqrt{5}}{4},$$

y, por supuesto, también sabemos que $\pi / \sqrt{\pi} = \sqrt{\pi}$.

El uso de este obtenemos

$$ \frac{\Gamma\left(\frac{3}{10}\right)\Gamma\left(\frac{4}{10}\right)}{\Gamma\left(\frac{2}{10}\right)}=2^{-\frac{3}{5}} \cdot \sqrt{\pi} \cdot\frac{4}{1+\sqrt{5}} = \frac{\sqrt[\large5]{4}\cdot\sqrt{\pi}}{\phi},$$ y esto completa la prueba.


Un último hecho de la diversión, que podemos generalizar el problema como este

$$\frac{\Gamma\left(\frac{1}{2}-z\right)\Gamma(2z)}{\Gamma(z)}=\frac{2^{2z-1} \cdot \sqrt{\pi}}{\cos(z\pi)},$$

para todos los $z \notin -\mathbb{N}$$z \neq n-1/2, \ n \in \mathbb{Z}$. Usted puede obtener su resultado por $z:=2/10.$

Y realmente en el pasado otros relacionados con la fórmula es la siguiente

$$\frac{\Gamma\left(\frac{2}{15}\right)\Gamma\left(\frac{7}{15}\right)}{\Gamma\left(\frac{1}{10}\right)}=\frac{\sqrt[10]{3} \cdot \sqrt[5]{2} \cdot \sqrt{\pi}}{\phi}.$$

Esto es aún más interesante, porque con la misma idea que usted tiene que utilizar la multiplicación de la fórmula dos veces para $3z$ y también para $2z$ y después de que la reflexión de la fórmula. Debido a que la ecuación de $6z=z+2/3$ sólo tiene una solución, y es $2/15$, por eso $2/15$ tiene un papel muy importante en la fórmula, y este problema no tiene una generalización como la que me dio anteriormente. Me podría imaginar otras formas de generalizar, pero no iba a ser agradable.

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almagest Puntos 1994

Necesita dos resultados estándar sobre la función Gamma: la fórmula de reflexión de Euler$\Gamma(s)\Gamma(1-s)=\frac{\pi}{\sin\pi s}$ y la fórmula de duplicación de Legendre$\Gamma(s)\Gamma(s+\frac{1}{2})=2^{1-2s}\sqrt{\pi}\Gamma(2s)$. Si empieza con la fórmula de duplicación con$s=0.2$ y luego sustituye por$\Gamma(0.7)$ de la fórmula de Euler obtiene su resultado (excepto que también necesita saber que$\sin 0.7\pi=\frac{1+\sqrt{5}}{4}$.

3voto

Anthony Shaw Puntos 858

En esta respuesta, que se derivan de Gauss, la Multiplicación de la Fórmula: $$ \prod_{k=0}^{n-1}\Gamma\left(x+\frac kn\right) =\sqrt{n2^{n-1}\pi^{n-1}}\frac{\Gamma(nx)}{n^{nx}}\etiqueta{1} $$ En esta respuesta, que se derivan de Euler Reflexión Fórmula: $$ \Gamma(x)\Gamma(1-x)=\pi\csc(\pi x)\etiqueta{2} $$ Multiplicar $(2)$ $\frac{\Gamma\left(\frac8{10}\right)}{\Gamma\left(\frac8{10}\right)}$ para obtener $$ \begin{align} \frac{\Gamma\left(\frac3{10}\right)\Gamma\left(\frac4{10}\right)}{\Gamma\left(\frac2{10}\right)} &=\frac{\color{#C00000}{\Gamma\left(\frac3{10}\right)}\Gamma\left(\frac4{10}\right)\color{#C00000}{\Gamma\left(\frac8{10}\right)}}{\color{#00A000}{\Gamma\left(\frac2{10}\right)\Gamma\left(\frac8{10}\right)}}\tag{3a}\\ &=\frac{\color{#C00000}{2\sqrt{\pi}\frac{\Gamma\left(\frac35\right)}{2^{3/5}}}\Gamma\left(\frac25\right)}{\color{#00A000}{\pi\csc\left(\frac\pi5\right)}}\tag{3b}\\ &=\frac{2^{2/5}\sqrt\pi\,\pi\csc\left(\frac{2\pi}5\right)}{\pi\csc\left(\frac\pi5\right)}\tag{3c}\\ &=\frac{2^{2/5}\sqrt\pi}{2\cos\left(\frac\pi5\right)}\tag{3d} \end{align} $$ Explicación:
$\mathrm{(3a)}$: multiplicar el numerador y el denominador por $\Gamma\left(\frac8{10}\right)$
$\mathrm{(3b)}$: en rojo, se aplican $(1)$$x=\frac3{10}$$n=2$; en verde, se aplican $(2)$ $x=\frac15$
$\mathrm{(3c)}$: aplicar $(2)$ $x=\frac25$
$\mathrm{(3d)}$: $\sin(2x)=2\sin(x)\cos(x)$

Podemos utilizar la identidad de $\cos(5x)=16\cos^5(x)-20\cos^3(x)+5\cos(x)$ para obtener $$ \begin{align} -1&=16\cos^5\left(\frac\pi5\right)-20\cos^3\left(\frac\pi5\right)+5\cos\left(\frac\pi5\right)\\ 0&=16\cos^5\left(\frac\pi5\right)-20\cos^3\left(\frac\pi5\right)+5\cos\left(\frac\pi5\right)+1\\ &=\left[4\cos^2\left(\frac\pi5\right)-2\cos\left(\frac\pi5\right)-1\right]^2\left[\cos\left(\frac\pi5\right)+1\right]\tag{4} \end{align} $$ lo que implica, desde la $\cos\left(\frac\pi5\right)\gt0$, que $$ 2\cos\left(\frac\pi5\right)=\phi\etiqueta{5} $$ La combinación de $(3)$ $(5)$ rendimientos $$ \frac{\Gamma\left(\frac3{10}\right)\Gamma\left(\frac4{10}\right)}{\Gamma\left(\frac2{10}\right)} =\frac{2^{2/5}\sqrt\pi}{\phi}\etiqueta{6} $$

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