# 伽马函数是什么

阶层函数是离散的,x!=i=1nix!=\prod\limits_{i=1}^{n}i,定义域仅为正整数

为了将阶层一般化,推广到实数域,用一条曲线把阶层的散点连起来

# 伽马函数

Γ(z)=0xz1exdx\Gamma(z) = \int_{0}^{\infty} x^{z-1} · e^{-x}~dx

Γ(z+1)=0xzexdx\Gamma(z+1)=\int_{0}^{\infty}x^z · e^{-x}~dx

# 伽马函数的性质

  • z>1z>1,有 Γ(z)=(z1)Γ(z1)\Gamma(z)=(z-1) · \Gamma(z-1)
    • Γ(z)=0xz1exdx=[xz1(ex)]x=0x=+(z1)0xz2exdx\Gamma(z)=\int_{0}^{\infty}x^{z-1} · e^{-x}~dx= {[x^{z-1} · (-e^{-x})]}^{x=\infty}_{x=0}+(z-1)\int_{0}^{\infty}x^{z-2} · e^{-x}~dx
    • 即为 F(z)=(z1)F(z1)F(z)=(z-1)·F(z-1)
  • nN,Γ(n1)=(n1)!n \in N^{*},\Gamma(n-1)=(n-1)!
    • Γ(n)=(n1)Γ(n1)=(n1)(n2)Γ(n2)=...=(n1)(n2)...321Γ(1)\Gamma(n)=(n-1)\Gamma(n-1)=(n-1)(n-2)\Gamma(n-2)=...=(n-1)·(n-2)·...·3·2·1·\Gamma(1)
    • Γ(1)=0exdx=1\Gamma(1)=\int_{0}^{\infty}e^{-x}~dx=1
    • Γ(n)=(n1)!\Gamma(n)=(n-1)!

# 伽马分布概率密度 = 1 的证明

0λzxz1eλxΓ(z)dx=λzΓ(z)0xz1exdx=λzΓ(z)Γ(z)λz=1\int_0^\infty \frac{\lambda^{z}·x^{z-1}·e^{-\lambda x}}{\Gamma(z)}dx=\frac{\lambda^{z}}{\Gamma(z)}·\int_0^\infty x^{z-1}·e^{-x}~dx=\frac{\lambda^{z}}{\Gamma(z)}·\frac{\Gamma(z)}{\lambda^{z}}=1

  • 0xz1exdx=Γ(z)λz\int_0^\infty x^{z-1}·e^{-x}~dx=\frac{\Gamma(z)}{\lambda^{z}} 证明如下:
    • λx=y\lambda x = y,则有 x=yλ,λdx=dyx = \frac{y}{\lambda}, \lambda dx = dy
    • 0xz1eλxdx=0(yλ)z1ey1λdy\int_0^{\infty}x^{z-1}·e^{-\lambda x}dx=\int_0^{\infty}{(\frac{y}{\lambda})}^{z-1}·e^{-y}·\frac{1}{\lambda} dy
    • =01λzyz1eydy=1λzΓ(z)=\int_0^{\infty}\frac{1}{\lambda^z}·y^{z-1}·e^{-y} dy=\frac{1}{\lambda^z}\Gamma(z)

# 伽马分布的理解

伽马分布一般与指数分布结合理解

# 从意义上看

指数分布解决的是要等到一个随机事件发生,需要经过多少时间,伽马分布可以看作是 nn 个指数分布的独立随机变量的加总

# 从公式上看

XΓ(n,λ)X\sim\Gamma(n,\lambda)

fX(x)={λaxa1eλxΓ(a),x>00,其他f_X(x) = \left\{ \begin{array}{ll} \frac{\lambda^{a} x^{a-1} e^{-\lambda x}}{\Gamma(a)}, & x > 0 \\ 0, & \text{其他} \end{array} \right.

  • 期望:E(X)=\frac{n}
  • 方差:Var(x)=\frac{n}

n=1n=1 时,则变成了指数分布

fX(x)={λeλx,x>00,其他f_X(x) = \left\{ \begin{array}{ll} \lambda e^{-\lambda x}, & x > 0 \\ 0, & \text{其他} \end{array} \right.

  • 指数分布的期望:E(X)=\frac{1}
  • 指数分布的方差:Var(X)=\frac{1}