P21 Statistischen Physik WS 15/16 Prof. Jan Plefka Präsenzbungsblatt Behandlung am Freitag 16.10 bzw. Montag 19.10 P1 - Die Γ-Funktion Die Γ-Funktion ist definiert durch Z Γ(n + 1) := ∞ dttn e−t 0 a) Zeigen Sie Γ(n + 1) = n! . R∞ Hinweis: Führen Γ(n + 1) durch geeignetes partielles Integrieren auf 0 dt e−t zurück. b) Zeigen Sie, dass für große n gilt (Stirlingsche Formel) √ n! ∼ 2πn nn e−n Hinweis: Benutzen Sie die Sattelpunktsmethode, d.h. zeigen Sie, dass der Integrand von Γ(n + 1) ein scharfes Maximum hat und passen Sie dann den Integranden bis zur zweiten Ordnung an eine Gauß-Funktion an. P2 - Wahrscheinlichkeitsverteilung und erzeugendes Funktional Ein Tellerwäscher spült ununterscheidbare Teller, die dabei mit der Wahrscheinlichkeit p < 1 zebrechen. Nachdem k Teller zerbrochen sind, wird er entlassen. a) Begründen Sie kurz, dass die Wahrscheinlichkeit Pn insgesamt n Teller während des Arbeitsverhältnisses zu spülen (und dabei potentiell auch zu zerbrechen) gegeben ist durch n−1 Pn = pk (1 − p)n−k für n ≥ k und Pn = 0 für n < k . k−1 P∞ n b) Berechnen Sie daserzeugende Funktional F (x) = hxn i := n=0 Pn x unter Verwendung P l+m von ∞ y m = (1 − y)−l−1 für |y| < 1. Ableitungen des Funktionals an der Stelle m=0 l x =? p liefern Ihnen dann den Mittelwert hni der gespülten Teller, sowie die Schwankung ∆n = hn2 i − hni2 um diesen Wert. Was ergibt sich für ∆n/hni im Limes k → ∞? 1