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