ベータ関数の偏導関数 一覧(4次まで)

A list of derivatives of the beta function

難易度の高い積分や級数を求めるのに便利なのでまとめておきます。$$B(x,y)=\frac{\G(x)\G(y)}{\G(x+y)}$$として,

1階偏導関数

\begin{equation}\frac{\partial B}{\partial x}=B\bigl[\psi(x)-\psi(x+y)\bigr]\tag{1}\end{equation}

2階偏導関数

\begin{eqnarray}\frac{\partial^2 B}{\partial x^2}&&=B\Bigl[\left(\psi(x)-\psi(x+y)\right)^2+\left(\psi'(x)-\psi'(x+y)\right)\Bigr]\tag{2}\end{eqnarray}\begin{eqnarray}\frac{\partial^2 B}{\partial x\partial y}&&=B\Bigl[\left(\psi(x)-\psi(x+y)\right)\left(\psi(y)-\psi(x+y)\right)-\psi'(x+y)\Bigr]\tag{3}\end{eqnarray}

3階偏導関数

\begin{eqnarray}\frac{\partial^3 B}{\partial x^3}&&=B\Bigl[\{\psi(x)-\psi(x+y)\}^3+3\{\psi(x)-\psi(x+y)\}\{\psi'(x)-\psi'(x+y)\}\\&&\quad+\{\psi''(x)-\psi''(x+y)\}\Bigr]\tag{4}\end{eqnarray}

\begin{eqnarray}\frac{\partial^3 B}{\partial x^2\partial y}&&=B\Bigl[\{\psi(x)-\psi(x+y)\}^2\{\psi(y)-\psi(x+y)\}+\{\psi(y)-\psi(x+y)\}\{\psi'(x)-\psi'(x+y)\}\\&&\quad-2\{\psi(x)-\psi(x+y)\}\psi'(x+y)-\psi''(x+y)\Bigr]\tag{5}\end{eqnarray}

4階偏導関数

\begin{eqnarray}\frac{\partial^4 B}{\partial x^4}&&=B\Bigl[\{\psi(x)-\psi(x+y)\}^4+6\{\psi(x)-\psi(x+y)\}^2\{\psi'(x)-\psi'(x+y)\}\\&&\quad+4\{\psi(x)-\psi(x+y)\}\{\psi''(x)-\psi''(x+y)\}+3\{\psi'(x)-\psi'(x+y)\}^2\\&&\quad+\{\psi'''(x)-\psi'''(x+y)\}\Bigr]\tag{6}\end{eqnarray}

\begin{eqnarray}\frac{\partial^4 B}{\partial x^3\partial y}&&=B\{\psi(y)-\psi(x+y)\}\Bigl[\{\psi(x)-\psi(x+y)\}^3+3\{\psi(x)-\psi(x+y)\}\{\psi'(x)-\psi'(x+y)\}\\&&\quad+\{\psi''(x)-\psi''(x+y)\}\Bigr]\\&&\quad-B\Bigl[3\{\psi(x)-\psi(x+y)\}^2\psi'(x+y)+3\{\psi'(x)-\psi'(x+y)\}\psi'(x+y)\\&&\quad+3\{\psi(x)-\psi(x+y)\}\psi''(x+y)+\psi'''(x+y)\Bigr]\tag{7}\end{eqnarray}

\begin{eqnarray}\frac{\partial^4 B}{\partial x^2\partial y^2}&&=B\Bigl[\{\psi(x)-\psi(x+y)\}^2\{\psi(y)-\psi(x+y)\}^2+\{\psi'(x)-\psi'(x+y)\}\{\psi(y)-\psi(x+y)\}^2\\&&\quad+\{\psi(x)-\psi(x+y)\}^2\{\psi'(y)-\psi'(x+y)\}+\{\psi'(x)-\psi'(x+y)\}^2\{\psi'(y)-\psi'(x+y)\}\\&&\quad-2\psi''(x+y)\{\psi(x)+\psi(y)-2\psi(x+y)\}-4\psi'(x+y)\{\psi(x)-\psi(x+y)\}\{\psi(y)-\psi(x+y)\}\\&&\quad+2\psi'(x+y)^2-\psi'''(x+y)\Bigr]\tag{8}\end{eqnarray}

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