1.Wallis 公式
求证:
∫02πsinnxdx=∫02πcosnxdx={n!!(n−1)!!,n为奇数,2π⋅n!!(n−1)!!,n为偶数,
证明:
由∫02πsinnxdx=∫2piπ(−cosx)ndx=∫02πcosnxdx可知只需证sinx一种即可
设
∫02πsinnxdx=In
则有
In=∫02πsinn−1xsinxdx=−∫02πsinn−1xd(cosx)=−cosxsinn−1x∣02π+∫02πsinn−2x⋅cos2xdx=(n−1)[In−2−In]
即得到了递推式:
In=nn−1In−2
结合 n=0 以及 n=1 时的情况可知
{I2n=2π⋅∏m=1n2m2m−1,I2n+1=∏m=1n2m+12m,
2.Wallis乘积
由上式可以知道
2π=∫02πsin2n+1xdx∫02πsin2nxdx⋅m=1∏n2m−12m⋅2m+12m
下面来求极限
∫02πsin2n+1xdx∫02πsin2nxdx
1=∫02πsin2n+1xdx∫02πsin2n+1xdx<∫02πsin2n+1xdx∫02πsin2nxdx<∫02πsin2n+1xdx∫02πsin2n−1xdx=2n2n+1
根据夹逼法则可以得到上式极限为一,那么
2π=n→∞limm=1∏n2m−12m⋅2m+12m=n→∞lim[(2n−1)!!(2n)!!]2⋅2n+11
3.例题
题目:
设an=∫02πcosn+1xdx,求n→∞limnan2
i. n 为奇数
an=∫02πcosn+1xdx=(2m)!!(2m−1)!!⋅2πn→∞limnan2=4π
ii.n为偶数
n→∞limnan2=π1