Faktoriel er en funktion defineret på sættet af ikke-negative heltal . Navnet kommer af lat. factorialis - virker, producerer, formerer sig; betegnes , udtales en factorial . Faktorialet af et naturligt tal er defineret som produktet af alle naturlige tal fra 1 til og med :
.For eksempel,
.For tages som en aftale, at
.n | n ! |
---|---|
0 | en |
en | en |
2 | 2 |
3 | 6 |
fire | 24 |
5 | 120 |
6 | 720 |
7 | 5040 _ |
otte | 40 320 |
9 | 362 880 |
ti | 3 628 800 |
elleve | 39 916 800 |
12 | 479 001 600 |
13 | 6 227 020 800 [1] |
fjorten | 87 178 291 200 [2] |
femten | 1.307.674.368.000 [ 3 ] _ _ |
16 | 20.922.789.888.000 [ 4 ] _ _ |
17 | 355 687 428 096 000 [5] |
atten | 6 402 373 705 728 000 [6] |
19 | 121 645 100 408 832 000 [7] |
tyve | 2 432 902 008 176 640 000 [8] |
25 | 15 511 210 043 330 985 984 000 000 [9] |
halvtreds | 30 414 093 201 713 378 043 612 608 166 064 768 844 377 641 568 960 512 000 000 000 000 [10] |
70 | 11 978 571
669 969 891 796 072 783 721 689 098 736 458 938 142 546 [11] |
100 | ≈ 9,332621544⋅10 157 |
450 | ≈ 1,733368733⋅10 1000 |
1000 | ≈ 4,023872601⋅10 2567 |
3 249 | ≈ 6,412337688⋅10 10000 |
10.000 _ | ≈ 2,846259681⋅10 35659 |
25 206 | ≈ 1,205703438⋅10 100000 |
100.000 _ | ≈ 2,824229408⋅10 456573 |
205 023 | ≈ 2,503898932⋅10 1000004 |
1.000.000 _ _ | ≈ 8,263931688⋅10 5565708 |
10 100 | ≈10 9,956570552⋅10 101
|
10 1000 | ≈10 10 1003 |
10 10 000 | ≈10 10 10 004 |
10 100 000 | ≈10 10 100 005 |
10 10 100 | ≈10 10 10 100 |
Faktorialet bruges aktivt i forskellige grene af matematikken: kombinatorik , matematisk analyse , talteori , funktionel analyse osv.
Factorial er en ekstremt hurtigt voksende funktion. Den vokser hurtigere end nogen eksponentiel funktion eller enhver potensfunktion , og også hurtigere end nogen sum af produkterne af disse funktioner. Eksponentialfunktionen vokser dog hurtigere end faktorialet, ligesom de fleste dobbelteksponenter, som f.eks .
Faktorialet kan gives ved følgende rekursive formel :
I kombinatorik fortolkes fakultetet af et naturligt tal n som antallet af permutationer (ordener) af et sæt af n elementer.
For eksempel, for et sæt { A , B , C , D } med 4 elementer, er der 4! = 24 permutationer:
ABCD BACD CABD DABC ABDC BADC CADB DACB ACBD BCAD CBAD DBAC ACDB BCDA CBDA DBCA ADBC BDAC CDAB DCAB ADCB BDCA CDBA DCBADen kombinatoriske fortolkning af den faktorielle bekræfter aftalens hensigtsmæssighed - antallet af permutationer af det tomme sæt er lig med én. Desuden formlen for antallet af placeringer af elementer ved
når bliver til en formel for antallet af permutationer af elementer (af orden ), som er lig med .
Faktorialet er relateret til gammafunktionen af et heltalsargument ved relationen
.Det samme udtryk bruges til at generalisere begrebet faktorial til mængden af reelle tal . Ved at bruge den analytiske fortsættelse af gammafunktionen udvides definitionsdomænet for faktorialet også til hele det komplekse plan , eksklusive entalspunkter ved .
En direkte generalisering af faktorialet til mængderne af reelle og komplekse tal er pi-funktionen , som kan defineres som
(integral definition).Pi-funktionen af et naturligt tal eller nul falder sammen med dets faktoriale: . Ligesom faktoren opfylder pi-funktionen gentagelsesrelationen .
Stirling-formlen er en asymptotisk formel til beregning af faktoren:
I mange tilfælde, for en omtrentlig beregning af faktoren, er det nok kun at overveje hovedbegrebet i Stirling-formlen:
Det kan man samtidig argumentere for
Stirlings formel giver dig mulighed for at få omtrentlige værdier af fakulteter af store tal uden direkte at multiplicere en sekvens af naturlige tal. For eksempel ved hjælp af Stirling-formlen er det nemt at beregne det
Hvert primtal p kommer ind i udvidelsen af n ! med primfaktorer til den potens defineret af følgende formel:
På denne måde
hvor produktet overtages alle primtal. Det kan ses, at for enhver primtal p større end n er den tilsvarende faktor i produktet 1; derfor kan produktet kun overtages primtal p højst n .
For et ikke-negativt heltal n :
For eksempel:
Faktorielle udtryk optrådte i tidlig forskning i kombinatorik , selvom den franske matematiker Christian Kramp først foreslog en kompakt notation i 1808 [13] . En vigtig milepæl var opdagelsen af Stirlings formel , som James Stirling offentliggjorde i sin afhandling The Differential Method ( lat. Methodus differentialis , 1730). Lidt tidligere blev næsten den samme formel udgivet af Stirlings ven Abraham de Moivre , men i en mindre fuldstændig form (i stedet for en koefficient var der en ubestemt konstant) [14] .
Stirling studerede egenskaberne af factorial i detaljer, op til at afklare spørgsmålet om, hvorvidt det er muligt at udvide dette koncept til vilkårlige reelle tal. Han beskrev flere mulige måder at implementere denne idé på og mente, at:
Stirling vidste ikke, at Leonhard Euler allerede havde fundet en løsning på problemet et år tidligere . I et brev til Christian Goldbach beskrev Euler den nødvendige generalisering [15] :
Ved at udvikle denne idé introducerede Euler næste år, 1730, begrebet gammafunktionen i form af et klassisk integral. Han offentliggjorde disse resultater i tidsskriftet for St. Petersburg Academy of Sciences i 1729-1730.
Den dobbelte faktor for et tal n betegnes n ‼ og er defineret som produktet af alle naturlige tal i segmentet [1, n ], der har samme paritet som n .
Forholdet mellem de dobbelte fakulteter af to tilstødende ikke-negative heltal og den almindelige faktor for et af dem.
Udledning af formlerAfledning af formlen: |
Afledning af formlen: Det er således muligt at vise forholdet mellem de dobbelte factorials af to tilstødende ikke-negative heltal gennem den sædvanlige factorial for en af dem. Dernæst fortsætter vi med at udlede formlen for dobbeltfaktorialet af ulige n . Lad os gå et trin tilbage (før den eksplicitte fremkomst af ( n -1)!! ) og udføre nogle identiske algebraiske transformationer på nævneren: Vi erstatter det resulterende udtryk for nævneren tilbage i formlen for : |
Et eksempel , der illustrerer udledningen af den ovenfor anvendte formel:
Efter at have foretaget erstatningen for henholdsvis lige n og ulige n , hvor er et ikke-negativt heltal, får vi:
Efter aftale : Også denne lighed gælder naturligvis:
Den dobbelte faktor er, ligesom den almindelige faktor, kun defineret for ikke-negative heltal.
Rækkefølgen af værdier n !! starter sådan her [16] :
1, 1, 2, 3, 8, 15, 48, 105, 384, 945, 3840, 10395, 46080, 135135, 645120, 2027025, 10321920, 34459425, 185794560, 654 729 075, 3 715 891 200, 13 749 310 575, 81 749 606 400, 316 234 143 225, 1 961 990 553 600, 7 905 853 580 625, 51 011 753.Den m -foldede faktortal n er betegnetog defineret som følger. Lad tallet n være repræsenteret somhvorThen [17]
De ordinære og dobbelte fakulteter er særlige tilfælde af m -fold faktorialet for henholdsvis m = 1 og m = 2 .
Multifaktorialet er relateret til gammafunktionen ved følgende forhold [18] :
Det er også muligt at skrive multiple factorial i en forkortet form .
Den faldende faktor er udtrykket
.For eksempel:
n = 7; k = 4 ( n − k ) + 1 = 4, nk = 7 • 6 • 5 • 4 = 840.Den faldende faktor giver antallet af placeringer fra n til k .
Stigende faktorielEn stigende faktorial er et udtryk
Primorial eller primorial ( eng. primorial ) af et tal n er betegnet med p n # og er defineret som produktet af de første n primtal. For eksempel,
.Nogle gange er et primtal et tal defineret som produktet af alle primtal, der ikke overstiger en given n .
Sekvensen af primorials (inklusive ) starter sådan her [19] :
1 , 2 , 6 , 30 , 210 , 2310 , 30 030, 510 510, 9 699 690, 223 092 870, 6 469 693 230, 200 560 490 130, 7 420 738 134 810, 304 250 263 527 210, 13 082 761 331 670 030, 614 889 782 588 491 400, 32 589 158 477 190 046 000, 1 922 760 350 154 2102 800 …Produktet af de første par Fibonacci-tal. Skrevet n ! F. _
For eksempel: 6! F = .
Neil Sloane og Simon Plouffet definerede i 1995 det superfaktorielle som produktet af de første n faktorialer. Ifølge denne definition er den superfaktorielle af fire lig med
(da der ikke er nogen etableret betegnelse, anvendes en funktionel).
Alt i alt
Rækkefølgen af superfaktorielle tal starter således [20] :
1, 1, 2, 12, 288, 34 560, 24 883 200, 125 411 328 000, 5 056 584 744 960 000, 1 834 933 472 251 084 800 000, 6 658 606 584 104 737 000 000 000 000 000, 265 , 265 790 267 296 391 960,000,000,000,000,000,000Ideen blev generaliseret i 2000 af Henry Bottomley , hvilket førte til hyperfaktorielle ( eng. Hyperfaktorielle ), som er produktet af de første n superfaktorielle. Sekvensen af hyperfaktorielle tal begynder således [21] :
1, 1, 2, 24, 6912, 238 878 720, 5 944 066 965 504 000, 745 453 331 864 786 800 000 000 000, 3 769 447 945 987 085 600 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000, 6 916 686 207 999 801 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000, …Fortsat tilbagevendende kan man definere multiple-level factorial , eller m - niveau factorial af n , som produktet af ( m − 1)-niveau factorials af tallene 1 til n , dvs.
hvor for og
Subfaktoriel ! n er defineret som antallet af permutationer af orden n , det vil sige permutationer af et n - elementsæt uden fikspunkter .
Matematiske tegn | |
---|---|
| |