Stirling公式

【Stirling公式】lim(n→∞) √(2πn) * (n/e)^n / n! = 1

也就是说当n很大的时候,n!与√(2πn) * (n/e) ^ n的值十分接近

这就是Stirling公式.

【Stirling公式的证明】令a(n)=n! / [ n^(n+1/2) * e^(-n) ]

则a(n) / a(n+1) = (n+1)^(n+3/2) / [ n^(n+1/2) * (n+1) * e ]

=(n+1)^(n+1/2) / [ n^(n+1/2) * e]

=(1+1/n)^n * (1+1/n)^1/2 *1/e

当n→∞时,(1+1/n)^n→e,(1+1/n)^1/2→1

即lim(n→∞) a(n)/a(n+1)=1

所以lim(n→∞)a(n) 存在

设A=lim(n→∞)a(n)

A=lim(n→∞)n! / [ n^(n+1/2) * e^(-n) ]

利用Wallis公式,π/2 = lim(n→∞)[ (2n)!! / (2n-1)!! ]^2 / (2n+1)

π/2 = lim(n→∞)[ (2n)!! / (2n-1)!! ]^2 / (2n+1)

=lim(n→∞)[ (2n)!! * (2n)!! / (2n)! ]^2 / (2n+1)

=lim(n→∞) 2^(4n) [ (n!)^2 / (2n)! ]^2 / (2n+1)

=lim(n→∞) 2^(4n) [ (A * n^(n+1/2) * e^(-n) )^2 / (A * (2n)^(2n+1/2) * e^(-2n) )]^2 / (2n+1)

=lim(n→∞) 2^(4n) [ 2^(-2n-1/2) * A * √n ]^2 / (2n+1)

=lim(n→∞) 2^(4n) * A^2 * 2^(-4n-1) * n/(2n+1)

=A^2 / 4

所以A=√(2π)

lim(n→∞)n! / [ n^(n+1/2) * e^(-n) ] = √(2π)

即lim(n→∞) √(2πn) * n^n * e^(-n) / n! = 1

【Stirling公式的意义】Stirling公式的意义在于:当n足够大之后n!计算起来十分困难,虽然有很多关于n!的不等式,但并不能很好的对阶乘结果进行估计,尤其是n很大之后,误差将会非常大.但利用Stirling公式可以将阶乘转化成幂函数,使得阶乘的结果得以更好的估计.而且n越大,估计得就越准确.