【Python初心者向け】NumPyで扱う重要な数学定数「Eulerのガンマ定数(numpy.euler_gamma)」を徹底解説!

2024-04-17

NumPyにおけるEulerのガンマ定数(numpy.euler_gamma)

γ = lim_{n->∞} (1 + 1/2 + 1/3 + ... + 1/n - log(n))

オイラーのガンマ定数は、数多くの数学関数や物理法則に現れ、特に以下の分野で重要です。

  • 解析数論: ゼータ関数、ガンマ関数、多重ガンマ関数などに関連します。
  • 統計力学: エントロピーや自由エネルギーの計算に使用されます。
  • 確率論: ガンマ分布やベータ分布などの確率分布のパラメータとして用いられます。

numpy.euler_gamma関数は、引数なしで呼び出すことができます。以下の例のように、変数に代入したり、式の中で直接使用したりすることができます。

import numpy as np

# 変数に代入
euler_gamma = np.euler_gamma

# 式の中で直接使用
print(1 + 1/2 + 1/3 + ... + 1/100 - np.log(100))  # 約0.5772

この関数は、浮動小数点数の値を返します。デフォルトの精度では、約15桁の精度で計算されます。より高い精度が必要な場合は、np.seterr()関数を使用して精度を設定することができます。

numpy.euler_gammaの応用例

以下は、numpy.euler_gamma関数の応用例です。

  • ゼータ関数の計算: ゼータ関数は、素数に関する重要な情報を提供する関数です。numpy.euler_gammaを使用して、ゼータ関数の値を近似することができます。
def zeta(s):
  if s == 1:
    return np.inf
  else:
    return 1 / (s - 1) - np.euler_gamma / (s * (s - 1))

print(zeta(2))  # 約1.6449
  • ガンマ分布の確率密度関数の計算: ガンマ分布は、連続的な確率分布であり、待ち時間や事象の発生間隔などをモデル化するために使用されます。numpy.euler_gammaを使用して、ガンマ分布の確率密度関数を計算することができます。
import scipy.stats as stats

def gamma_pdf(x, alpha, beta):
  return (beta ** alpha) * (x ** (alpha - 1)) * np.exp(-beta * x) / (np.gamma(alpha) * (alpha ** alpha))

x = np.linspace(0, 5, 100)
alpha = 3
beta = 2

pdf = gamma_pdf(x, alpha, beta)
plt.plot(x, pdf)
plt.show()

numpy.euler_gamma関数は、オイラーのガンマ定数と呼ばれる数学定数を扱う便利な関数です。この定数は、解析数論、統計力学、確率論など、様々な分野で重要です。NumPyを使用して、この関数を簡単に呼び出し、様々な計算を行うことができます。

この説明が、NumPyにおけるEulerのガンマ定数(numpy.euler_gamma)の理解に役立つことを願っています。ご不明な点がございましたら、お気軽にご連絡ください。



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