حساب کاربری
​
زمان تقریبی مطالعه: 2 دقیقه
لینک کوتاه

تقریب استرلینگ

تقریب استرلینگ یا فرمول استرلینگ، به فرمولی در ریاضیات اشاره دارد که برای تقریب‌زنی فاکتوریلهای بزرگ به کار می‌رود و به یاد جیمز استرلینگ (به انگلیسی: James Stirling) نامگذاری شده.

فهرست

  • ۱ فرمول
  • ۲ اثبات
  • ۳ مثال
  • ۴ جستارهای وابسته
  • ۵ منابع

فرمول

محاسبهٔ مقدار واقعی n !

برای n
های بزرگ خسته‌کننده است، به جای آن می‌توان مقدار n !
را از فرمول استرلینگ و لگاریتم طبیعی، محاسبه کرد:

n ! ≈ A ( n ) = ( n e ) n 2 π n

خطای نسبی این تقریب که از فرمولِ

E = | n ! − A ( n ) | n !

بدست می‌آید، در حالت بیشینه برابر است با:

1 12 n − 1

اثبات

با استفاده از تابع گاما می‌توان فرمولی جایگزین برای n !

به شکل ذیل به‌دست‌آورد:

n ! = ∫ 0 ∞ x n e − x d x .

با تغییر متغیر x = n y

، به معادله پایین دست می‌یابیم:

n ! = ∫ 0 ∞ e n ln ⁡ x − x d x = e n ln ⁡ n n ∫ 0 ∞ e n ( ln ⁡ y − y ) d y .

حال با استفاده از روش لاپلاس برای تخمین انتگرال خط پیشین به معادله پایین می‌رسیم:

∫ 0 ∞ e n ( ln ⁡ y − y ) d y ∼ 2 π n e − n ,

با جایگزینی انتگرال خواهیم داشت:

n ! = ∫ 0 ∞ e n ln ⁡ x − x d x ∼ e n ln ⁡ n n 2 π n e − n .

عبارت بالا همان تقریب استرلینگ است، یعنی:

n ! ∼ 2 π n ( n e ) n .

البته روش لاپلاس را برای محاسبه دقیق‌تر تقریب نیز می‌توان مورد استفاده قرار داد، به این معنی که:

∫ 0 ∞ e n ( ln ⁡ y − y ) d y ∼ 2 π n e − n ( 1 + 1 12 n )

و تقریب دقیق‌تری به شکل پایین به‌دست‌آورد:

n ! ∼ e n ln ⁡ n n 2 π n e − n ( 1 + 1 12 n ) = 2 π n ( n e ) n ( 1 + 1 12 n ) .

مثال

مقدار واقعی ‎۱۵!‎ می‌شود ۱۳۰۷۶۷۴۳۶۸۰۰۰، مقدار تقریبی ‎۱۵!‎ با استفاده از فرمول استرلینگ به صورت زیر به دست می‌آید:

l n ( A ( 15 ) ) = 15 ( l n ( 15 ) − 1 ) + 1 2 ( l n ( 2 π ) + l n ( 15 ) ) ≈ 27.89371

بنابراین:

15 ! ≈ A ( 15 ) = e l n ( A ( 15 ) ) ≈ 1300420000000

(خطای نسبی در حدود ۰٫۰۰۶ است)

جستارهای وابسته

  • فاکتوریل
  • لگاریتم طبیعی
  • تابع گاما

منابع

  1. ↑ مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Stirling's approximation». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی.
  2. ↑ بهبودیان، جواد (۱۳۸۸). «قوانین شانس یا احتمال». آمار و احتمال مقدماتی. قوانین شمارش: دانشگاه امام رضا (ع). ص. ۹۳. شابک ۹۶۴-۶۵۸۲-۰۲-۸.
  3. ↑ Phillipe Flajolet and Robert Sedgewick, Analytic Combinatorics, p. 555.
آخرین نظرات
  • شابک
کلیه حقوق این تارنما متعلق به فرا دانشنامه ویکی بین است.