积分 同时照顾两个端点: 决定靠近0的质量, 决定靠近1的质量。Beta函数将这两个独立条件保留在同一个符号里。
形式陈述
对实数 ,定义
这是两端分别取极限的反常积分理路反常积分:分别截断与尾部收敛Improper integral · 广义 Riemann 积分把无穷区间或奇异端点的积分定义为有限截断的极限,区分绝对收敛、条件收敛与主值,并以尾部界给实际截断证书。。因为在零附近 有正的有限极限,在一附近 也如此,两个条件准确地是 、;任何一个不满足,正被积函数在对应端发散。
在分数阶积分的复合理路Riemann–Liouville分数阶积分Riemann–Liouville fractional integral · Riemann-Liouville fractional integral · 左侧分数阶积分在固定记忆起点上定义归一化幂核积分,证明L1与连续输入的接口、阶数半群、幂函数迁移及端点迹,区分阶数复合与时间重启。中,两个核在三角域换序后恰得到 ;两个正参数分别控制中间变量的两端。其Gamma比消去两次归一化,使 。这一阶数恒等式不等于从中途清空历史后的时间重启。
它与Gamma函数理路Gamma 函数:递推、延拓与极点Gamma function · 伽马函数 · Euler gamma function从Euler积分的收敛半平面构造Gamma函数,证明递推与阶乘取值,逐步延拓并计算非正整数极点和可核验的截断界。满足
对正实数,分母严格为正。另有
以下从积分证明等式,避免先把归一化常数写进定义再用它“验证”自己。
直觉
把两个正数 改写为总量 与比例 。总量可以从0到无穷,比例只能在0与1之间。指数项 只依赖总量,幂权则分成一个总量幂和一个比例幂。Gamma积分负责总量,Beta积分负责比例。
双积分证明中的换序和Jacobian
非负性使Tonelli定理理路Tonelli 定理Tonelli's theorem非负可测函数的二重积分与两种迭代积分相等,允许共同取无穷。允许先写
令 ,则 ,且
在 有界且远离0、 远离两个端点的紧矩形上使用多元积分换元理路多元积分换元定理Multivariable change of variables theorem · Jacobian substitution theorem · 重积分换元在C¹微分同胚和紧Jordan域上证明绝对Jacobian换元公式,区分有向符号、零测边界和重复覆盖。,再由非负单调极限扩大到整个区域。所得积分为
Jacobian的一个 不能漏:漏掉它会把总量指数错写成 ,产生错误的Gamma参数。
对称式由 得到;两条递推由式(2)和Gamma递推得到。也可以先用 得到 ,再以有限截断分部积分建立两者的比例。
例子与边界
整数与半整数都可直接复算
正整数 给
例如 ,直接展开 积分也得 。这个检查特别容易发现分母误写成 的一位偏差。
在 时,取 ,并先在内部截断区间换元,得到
两端虽都无界,面积仍有限;它不是在端点直接访问函数值的闭型求积输入。
把无限区间的有理核变成Beta积分
以 换元,,得
例如 。零端约为 ,远端约为 ,两个收敛检查与参数 一致。
更一般地, 时
当且仅当先令 再用式(4)。边界 的尾部成为 ,不能把有极点的Beta表达当有限积分值。
推论与应用
归一化权
积分恰为1。由式(3),它的一次加权积分为 ,二次为 。这是两个积分比的结果;若把它解释为随机变量密度,另需概率模型,本页不替代相应分布条目。
复参数也有清楚版本:当 时仍按实对数定义端点幂,绝对值由实参数Beta积分控制。上述双积分的绝对值积分有限,Fubini定理理路Fubini 定理Fubini's theorem在适当可积条件下,多重积分等于任意次序的迭代积分。允许同样换序,得到
特别取 、,分母对应 ,可安全写 。反射公式理路Gamma 反射公式与钥匙孔围道Gamma reflection formula · Euler reflection formula · Euler 反射公式证明Gamma在z和1−z处的乘积等于π除以sinπz,明确幂分支、围道方向、两端圆弧误差和整数极点边界。将这个特例进一步化成三角函数。
参考资料