零的雙階乘等于1。
這項結論并不直觀,因為雙階乘本身并不是我們在日常生活中經常用到的數學概念。那么什么是雙階乘?
雙階乘是指對于一個正整數n,其雙階乘定義為n!!=n\times(n-2)\times(n-4)\times\cdots\times3\times1。顯然,n必須是正整數,若n為奇數,則最后一項是1,否則為2。
那么回到零的雙階乘等于1,我們如何解釋這個結論呢?實際上,0!!的定義與1的階乘的定義是類似的,即0!!=1。這是因為雙階乘的定義涉及到了從一個正整數n開始的連乘運算,而0!=1是這種定義的自然延伸。
另一方面,我們也可以通過遞推法來證明0!!=1。根據雙階乘的定義,如果n是奇數,則n!!=n\times(n-2)!!,如果n是偶數,則n!!=n\times(n-2)!!\times2!!。當n=0時,我們可以將上述遞推關系反復展開:
0!!=0\times(-2)!!=-2\times(-4)!!=4\times(-6)!!=-24\times(-8)!!=\cdots=1。
我們得到了0!!=1這個結論。
零的雙階乘等于1這個結論在組合數學、概率論等領域中經常用到。例如,當我們考慮從n個元素選出k個元素時,方案數為C(n,k)=n!/k!(n-k)!。當k=0時,因為0!=1,所以C(n,0)=1。當k>n時,因為n-k<0,所以C(n,k)的定義式中會存在0!的項,但通過0!!=1這個結論,我們可以將0!替換為1,從而避免出現除0的情況。
在實際問題中,零的雙階乘等于1的應用還有很多,例如在計算鞅論(martingale theory)中,一些重要的概率測度涉及到對零的雙階乘的求和。零的雙階乘還可以被用來解決一些奇怪的數學問題,例如計算自由度為0的熱力學系統的配分函數等。
雖然0!!這個概念聽起來很玄乎,但它在實際問題中的作用卻是不可忽略的,而0!!=1這個結論則是解決這些問題的基礎。