K-Funktion

Die ${\displaystyle K}$-Funktion ist in der Mathematik eine spezielle Funktion, die üblicherweise mit ${\displaystyle K(z)}$ bezeichnet wird. Sie verallgemeinert die Hyperfakultät ${\displaystyle H(n)}$ auf die komplexen Zahlen; analog der komplexen Erweiterung der Fakultätsfunktion zur Gammafunktion.

Die Hyperfakultät einer natürlichen Zahl ${\displaystyle n}$ ist definiert durch

${\displaystyle H(n)=\prod _{i=1}^{n}i^{i}=1^{1}2^{2}3^{3}4^{4}\cdots n^{n},\qquad n\in \mathbb {N} .}$[1]

Für die ${\displaystyle K}$-Funktion soll nun gelten

${\displaystyle K(n+1)=H(n),\qquad n\in \mathbb {N} ,}$

und s​ie soll a​uf den Zahlenbereich d​er komplexen Zahlen erweitert werden.

Definitionen

Eine mögliche Definition der ${\displaystyle K}$-Funktion lautet:

${\displaystyle K(z)=(2\pi )^{(-z+1)/2}\exp \left[{\binom {z}{2}}+\int \limits _{0}^{z-1}\ln(\Gamma (t+1))\;\mathrm {d} t\right],}$

wobei ${\displaystyle {\tbinom {z}{2}}}$ für die komplexe Verallgemeinerung des Binomialkoeffizienten und Γ für die Gammafunktion steht.

Eine andere Möglichkeit bietet

${\displaystyle K(z)=\exp \left[\zeta ^{\prime }(-1,z)-\zeta ^{\prime }(-1)\right],}$

wobei ${\displaystyle \zeta (z)}$ für die riemannsche Zetafunktion und ${\displaystyle \zeta (a,z)}$ für die hurwitzsche Zeta-Funktion stehen (es werden jeweils die Ableitungen gebraucht.)

Die Verwandtschaft der ${\displaystyle K}$-Funktion zur Gammafunktion und der barnesschen ${\displaystyle G}$-Funktion wird durch die Formel

${\displaystyle K(n)={\frac {(\Gamma (n))^{n-1}}{G(n)}}}$

zum Ausdruck gebracht.

Werte

Für natürliche ${\displaystyle n}$ stimmen die Werte ${\displaystyle K(n)}$ der K-Funktion definitionsgemäß mit dem Wert ${\displaystyle H(n-1)}$ der Hyperfakultätsfunktion überein. Die ersten dieser Werte sind

1, 1, 4, 108, 27648, 86400000, 4031078400000, 3319766398771200000, … (Folge A002109 in OEIS).

Der Wert ${\displaystyle K({\tfrac {1}{2}})}$ ist explizit gegeben durch

${\displaystyle K({\tfrac {1}{2}})={\frac {A^{3/2}}{2^{1/24}\cdot e^{1/8}}}}$[1] = 1,2451432494…[2]

wobei ${\displaystyle A}$ für die Konstante von Glaisher-Kinkelin steht.

Weitere Zusammenhänge

Mit der barnesschen G-Funktion ${\displaystyle G(z)}$ gilt

${\displaystyle K(z)\cdot G(z)=\exp \left\{(z-1)\cdot \log[\Gamma (z)]\right\},}$[1]

für alle ${\displaystyle z\in \mathbb {C} .}$

Benoit Cloitre zeigte 2003 folgende Formel:

${\displaystyle {\frac {1}{K(n)}}=(-1)^{n}\operatorname {det} {\begin{vmatrix}-1&-1&-1&\cdots &-1\\{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{8}}&\cdots &{\frac {1}{2^{n}}}\\-{\frac {1}{3}}&-{\frac {1}{9}}&-{\frac {1}{27}}&\cdots &-{\frac {1}{3^{n}}}\\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots &\vdots \\{\frac {(-1)^{n}}{n}}&{\frac {(-1)^{n}}{n^{2}}}&{\frac {(-1)^{n}}{n^{3}}}&\cdots &{\frac {(-1)^{n}}{n^{n}}}\\\end{vmatrix}}}$.

Einzelnachweise

1. Eric W. Weisstein: Hyperfactorial. In: MathWorld (englisch).
2. http://www.wolframalpha.com/input/?i=K-Function(1/2)

Literatur

• Hermann Kinkelin: Ueber eine mit der Gammafunction verwandte Transcendente und deren Anwendung auf die Integralrechnung, Journal für die reine und angewandte Mathematik 57, 1860, 18, S. 122–138 (online)

Weblinks

• Eric W. Weisstein: K-Funktion. In: MathWorld (englisch).