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dorfuchs - stirling-formel كلمات الأغنية

[refrain]
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
das ist die stirling_formel
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
ist in etwa n_fakultät
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
das ist die stirling_formel
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
ist in etwa n_fakultät

{strophe 1]
und das ist sogar asymptotisch äquivalent
das heißt der quotient ist gegen eins konvergent
also wird der relative fehler immer kleiner
und die approximation für große werte immer feinеr
mensch, das ist gut, denn wir können damit jеtzt
auf die frage, wie schnell eigentlich die fakultät wächst
in diesem sinne die genaue antwort geben
und sie lautet eben
genauso schnell wie:
[refrain]
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
das ist die stirling_formel
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
ist in etwa n_fakultät
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
das ist die stirling_formel
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
ist in etwa n_fakultät

[strophe 2]
wusstest du, dass n_fakultät
durch x hoch n mal e hoch minus x entsteht
wenn man das von null bis unendlich integriert?
das induktiv zu zeigen ist nicht wirklich kompliziert
somit sind die fakultäten bildlich geseh’n
die flächen, die unter diesem graphen entsteh’n
und die wachsen hier natürlich immer weiter
denn sie werden immer höher und auch noch immer breiter
und macht man jetzt ein bisschen kurvendiskussion
dann findet man das maximum von dieser funktion
bei x gleich n und damit siehst du jetzt
wie schnell die funktion in die höhe wächst
denn der größte funktionswert ist immer n durch e hoch n
das können wir auch vertikalen wachstums_term nennen
wir zieh’n dem jetzt erstmal aus dem integral heraus
und gleichen das dann durch ‘ne division aus
wir haben uns’re integranden also jetzt
so gebaut, dass es nicht mehr nach oben wächst
doch das maximum ist immer noch an der stelle n
und dadurch driftet es nach rechts, kann man ja gut erkenn’
doch schiebt man das jeweils um n nach links, dann
bleibt das integral gleich, aber jetzt sieht man
der hochpunkt ist genau bei 0|1 fixiert
und mit wachsendem n wird es breit geschmiert
such’ ich jetzt die wendepunkte, dann erkenn’
ich, die liegen bei plus_minus wurzel n. ich
könnte das jetzt um den faktor wurzel n stauchen
den wir als ausgleich dafür vor dem integral brauchen
da wir hier insgesamt nur linear substituiert haben
bleibt es bei den gleichen formen, nur mit and’ren koordinaten
lass’ ich anlaufen, seh’ ich im grenzwert die
gaußsche_glockenkurve mit integral wurzel 2 pi
[refrain]
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
das ist die stirling_formel
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
ist in etwa n_fakultät
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
das ist die stirling_formel
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
ist in etwa n_fakultät

[strophe 3]
also, wir haben bis jetzt folgendes gemacht:
das vertikale wachstum auf eins runter gebracht
den drift nach links wieder nach rechts korrigiert
und dann geseh’n, dass wachstum in der breite passiert
daher die wendestellen bei plus_minus eins fixiert
und jetzt sind wir an den integral interessiert:
schau’n wir uns den integranden an
dann fassen wir das zusammen und dann kann man
das alles als e hoch eine funktion begreifen
die wir im folgenden als f_n von x bezeichnen
schau’n wir uns mal, deren ableitungen an
und setzten für die stelle x null ein, dann
sieht man:
wenn man das jetzt auf den satz von taylor loslässt
die funktion ist ja das taylor_polynom plus der rest
wo bei uns konkret jetzt eben das hier steht
wobei der restterm für große n gegen null geht, denn
ist n größer als 4x quadrat wird es spannend, denn
dann ist der betrag von xi höchstens ein halb wurzel n
also mehr als das wird hier im nenner nicht subtrahiert
und jetzt sieht man, dass es gegen null konvergiert
für jedes feste x wissen wir jetzt garantiert:
wird n groß genug, dann ist f_n hier definiert
und der grenzwert ist minus ein halb x quadrat
und nimmt man e hoch das ganze, dann sieht man grad’:
der punktweise grenzwert von uns’rem integrant
ist exakt due gaußsche_glockenkurve, int’ressant!
doch nur, weil das an jeder stelle x konvergiert
heißt das noch nicht, dass das genauso mit dem integral passiert
dafür nutzen wir jetzt dominierte konvergenz
ich brauch’ eine funktion mit der ich alles begrenz’
und deren integral muss dann endlich sein
beim betrachten der graphen hat es den schein
dass rechts hier der fall n gleich eins dominiert
und vielleicht ist es ja so, dass das gespiegelt funktioniert?
es ist tatsächlich so, dass diese ungleichung stimmt
das kann man beweisen, indem man diese hilfsfunktion nimmt
und für negative und positive werte getrennt
über die ableitung die monotonie erkennt
da es erst steigt und dann fällt, haben wir nämlich hier
das maximum bei null und h ist so definiert
dass wenn man jetzt umstellt und e hoch das ganze nimmt
dadurch jetzt gezeigt wird, dass es stimmt
also beim grenzwert des quotienten aus n_fakultät
und der stirling_formel, wenn n gegen unendlich geht
benutzen wir hier unser integral und jetzt
kann man einiges hier kürzen. fetzt!
jetzt können wir nicht nur den punktweisen grenzwert sagen
nein, wir wissen auch, dass wir eine majorante haben
was uns jetzt dominierte konvergenz lehrt
ist: auch mit dem integral gilt hier der grenzwert
das zu integrieren ist ‘ne story für sich
aber ganz unbekannt ist diese funktion hier sicher nicht
als dichte der normalverteilung ist weit bekannt:
das integral ist eins, also ham’ wir ganz entspannt
bewiesen, die beiden sind asymptotisch äquivalent
und ich singe die formel noch einmal, damit sie jeder kennt:
[refrain]
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
das ist die stirling_formel
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
ist in etwa n_fakultät
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
das ist die stirling_formel
wurzel zwei pi n mal n durch e hoch n
ist asymptotisch äquivalent
zur fakultät

- dorfuchs

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