불완전 베타 함수

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1. 개요2. 무한급수 표현3. 활용
3.1. x^5의 0에서 5까지 곡선의 길이를 다르게 표현하기

1. 개요[편집]

불완전 베타 함수(Incompete beta function)은 다음 적분을 의미한다.3변수 함수이다.
B(a,b,c)=0axb1(1x)c1dx\displaystyle \Beta\left ( a,b,c \right )=\int_{0}^{a}{x}^{b-1}\left ( 1-x \right )^{c-1} \mathrm{d}x
베타 함수는 불완전 베타 함수에서 a=1\displaystyle a=1인 경우이다.

2. 무한급수 표현[편집]

우선 포흐하머 기호에 대해서 알아보자.
이 함수를 무한급수로 표현할 때 등장하는 식은 하강 계승이다.
따라서
(a)b=Γ(a+b)Γ(a)\displaystyle \left ( a \right )_{b}=\frac{\Gamma\left ( a+b \right )}{\Gamma\left ( a \right )}이다.
B(a,b,c)=abn=0anΓ(1b+n)Γ(1b)n!(b+n)\displaystyle \Beta\left ( a,b,c \right )={a}^{b}\sum_{n=0}^{\infty}\frac{{a}^{n}\frac{\Gamma\left ( 1-b+n \right )}{\Gamma\left ( 1-b \right )}}{n!\left ( b+n \right )}
B(a,b,c)=abΓ(1b)n=0anΓ(n+1b)n!(b+n)\displaystyle \Beta\left ( a,b,c \right )=\frac{{a}^{b}}{\Gamma\left ( 1-b \right )}\sum_{n=0}^{\infty}\frac{{a}^{n}\Gamma\left ( n+1-b \right )}{n!\left ( b+n \right )}
단 위 식은 a의 절댓값이 1 이하일 때만 수렴하는 것으로 보인다.

3. 활용[편집]

3.1. x^5의 0에서 5까지 곡선의 길이를 다르게 표현하기[편집]

우선 위 함수의 도함수는 의문의 여지 없이 5x4\displaystyle 5{x}^{4}이다.
따라서 우리는 051+25x8dx\displaystyle \int_{0}^{5} \sqrt{1+25{x}^{8}}\,\mathrm{d}x를 구해줘야 한다.
051+25x8dx\displaystyle \int_{0}^{5}\sqrt{1+25{x}^{8}}\,\mathrm{d}x
x=eiπ8t=g(t)\displaystyle x={e}^{\frac{-i \pi}{8}}t=g\left ( t \right )
dtdx=eiπ8\displaystyle \frac{\mathrm{d}t}{\mathrm{d}x}={e}^{\frac{i \pi}{8}}
eiπ805eiπ8125t8dt\displaystyle {e}^{\frac{-i \pi}{8}}\int_{0}^{5{e}^{-\frac{i \pi}{8}}}\sqrt{1-25{t}^{8}}\,\mathrm{d}t
25t8=z\displaystyle {25}{t}^{8}=z
t8=z25\displaystyle {t}^{8}=\frac{z}{25}
t=z258\displaystyle t=\sqrt[8]{\frac{z}{25}}
dtdz=81514t78\displaystyle \frac{dt}{dz}={8}^{-1}{5}^{-\frac{1}{4}}{t}^{-\frac{7}{8}}
81514eiπ8025×58(1t)12t78dt\displaystyle {8}^{-1}{5}^{-\frac{1}{4}}{e}^{-\frac{i \pi}{8}}\int_{0}^{-25\times{5}^{8}}\left ( 1-t \right )^{\frac{1}{2}}{t}^{-\frac{7}{8}}\,\mathrm{d}t
81514eiπ8B(25×58,18,32)\displaystyle {8}^{-1}{5}^{-\frac{1}{4}}{e}^{-\frac{i \pi}{8}}\Beta\left ( -25\times{5}^{8},\frac{1}{8},\frac{3}{2} \right )
값은 대략 3125.673 정도이다.