┌ T α┐
Integral über exp│-½∙(X ∙B∙X) │
└ ┘
▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀
T
über den Bereich X ∙B∙X < r²
▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀
Es seien die folgenden Voraussetzungen erfüllt:
T
1. X ∙B∙X > 0 für alle X ╪ 0, X ε Rⁿ (B positiv definit),
2. α > 0, eine Konstante.
Da B positiv definit ist, gibt es eindeutig eine positiv definite
Matrix √B, und wir können die folgende Transformation definieren:
Y = √B∙X mit dⁿY = │√B│∙dⁿX = √│B│∙dⁿX . (1)
Betrachten wir nun das Integral über die Funktion:
┌ ┐½ T α
α∙Γ(n/2) │ │B│ │ -½∙(X ∙B∙X)
f(X) = ──────────∙│────────│ ∙ e . (2)
Γ(n/(2∙α)) │ n n/α│
└ π ∙2 ┘
T
Das Integral über den Bereich X ∙B∙X < r² ist dann:
⌠
I(r) = │ f(X)∙dⁿX (3)
⌡
T
Y ∙Y < r²
und mit der Transformation (1):
⌠ T α
│ α∙Γ(n/2) 1 -½∙(Y ∙Y)
I(r) = │ ──────────∙────────── ∙ e ∙dⁿY . (4)
│ Γ(n/(2∙α)) ┌ n n/α┐½
⌡ │π ∙2 │
T └ ┘
Y ∙Y < r²
Mit Hilfe von Kugelkoordinaten im Rⁿ erhalten wir über das Volumen
der n-dimensionalen Kugel:
rⁿ 2∙√πⁿ
V(r) = ───∙────── , (5)
n Γ(n/2)
und mit
n-1 2∙√πⁿ
dⁿV = r ∙──────∙dr , r² = Y'∙Y, dⁿV ≡ dⁿY (6)
Γ(n/2)
lautet dann I(r):
r α
α∙Γ(n/2)∙2∙√πⁿ ⌠ n-1 -½[r'²]
I(r) = ────────────────────────────∙│r' ∙e ∙dr', (7)
┌ n n/α┐½ ⌡
Γ(n/(2∙α))∙│π ∙2 │ ∙Γ(n/2) 0
└ ┘
1-(n/(2∙α)) r α
α∙2 ⌠ n-1 -½[r'²]
I(r) = ──────────────∙│r' ∙e ∙dr' . (8)
Γ(n/(2∙α)) ⌡
0
Mit der Transformation:
2∙α 1/(2∙α) 1/(2∙α)-1
½∙r = t, r = (2∙t) , dr = (1/α)∙(2∙t) ∙dt
(9)
n-1 n/(2∙α)-1
r ∙dr = (1/α)∙(2∙t) ∙dt
erhält man schließlich:
2∙α
½∙r
1 ⌠ n/(2∙α)-1 -t
I(r) = ──────────∙│ t ∙e ∙dt ,
Γ(n/(2∙α)) ⌡
0
┌─────────────────────────────┐
│ ┌ 2∙α ┐ │
│ I(r) = P│ n/(2∙α), ½∙r │ │ (10)
│ └ ┘ │
└─────────────────────────────┘
Dabei stellt
x
1 ⌠ a-1 -t
P(a,x) := ──── ∙ │ t ∙e ∙dt (11)
Γ(a) ⌡
0
die unvollständige Gammafunktion dar. Es gilt für r ─> +∞:
I(+∞) = 1.
┌ ┐
│ (n/2-1)! für n gerade, n > 0 │
│ │
│ Γ(n/2) = │
│ √π (n+1)! │
│ ──── ∙────────── für n ungerade, n > 0 │
└ n∙2ⁿ ((n+1)/2)! ┘