数学においてラプラスの方法(らぷらすのほうほう、)とは、ピエール=シモン・ラプラスにちなんだ積分

の近似に用いられる方法。ここで は二回連続微分可能な関数、 は大きな数で、端点 , は有限でなくともよい。この方法は で初めて用いられた。

ラプラスの方法のアイディア

関数 が点 においてのみ最大値をとると仮定する。数 に対して、次の関数を考える。

点 において関数 と も最大値をとることに注意する。また、このとき

である。

数 が大きくなるにつれて の比は指数的に大きくなる一方で の比は変化しない。したがって、関数の積分における支配的な寄与は点 の近傍における点 のみから来るため近似ができる。

厳密な主張 は区間 上の二回連続微分可能な関数で、ある点 でのみ

を満たすと仮定する。このとき

である。(ここで は両辺の比が の極限で に収束することを意味する。)

他の定式化 ラプラスの方法は

と書かれることもある。

例:スターリングの公式 ラプラスの方法はスターリングの公式

の導出に用いることができる。ガンマ関数の定義から

が得られる。変数変換 を考えると ゆえ

この積分はラプラスの方法が適用できる形である。いま とおけば、これは二階微分可能で、

よって関数 は点 でのみ最大値 をとり、 である。したがって

となる。

脚注

参考文献

関連項目 停留位相の方法 大偏差理論 ラプラス原理