Formula lui Wallis

De la testwiki
Sari la navigare Sari la căutare

Formula lui Wallis sau produsul lui Wallis este un produs infinit:

n=1(2n2n12n2n+1)=2123434565678789=π2.

A fost descoperit de John Wallis în 1655.

Demonstrație utilizând produsul lui Euler pentru sinus

Se utilizează produsul lui Euler:

sin(πz)=πzn=1(12n2).

Aceasta se scrie:

sinxx=n=1(1x2n2π2)

Fie x = Format:Frac:

2π=n=1(114n2)π2=n=1(4n24n21)=n=1(2n2n12n2n+1)=212343456567

Demonstrație prin metoda integralelor

Fie:

I(n)=0πsinnxdx

(o formă a integralei lui Wallis). Integrând prin părți:

u=sinn1xdu=(n1)sinn2xcosxdxdv=sinxdxv=cosx
I(n)=0πsinnxdx=0πudv=uv|x=0x=π0πvdu=sinn1xcosx|x=0x=π0πcosx(n1)sinn2xcosxdx=0(n1)0πcos2xsinn2xdx,n>1=(n1)0π(1sin2x)sinn2xdx=(n1)0πsinn2xdx(n1)0πsinnxdx=(n1)I(n2)(n1)I(n)=n1nI(n2)I(n)I(n2)=n1nI(2n1)I(2n+1)=2n+12n

Acest rezultat va fi utilizat mai jos:

I(0)=0πdx=x|0π=πI(1)=0πsinxdx=cosx|0π=(cosπ)(cos0)=(1)(1)=2I(2n)=0πsin2nxdx=2n12nI(2n2)=2n12n2n32n2I(2n4)

Repetând procedeul,

=2n12n2n32n22n52n4563412I(0)=πk=1n2k12k
I(2n+1)=0πsin2n+1xdx=2n2n+1I(2n1)=2n2n+12n22n1I(2n3)

Reinterând procesul,

=2n2n+12n22n12n42n3674523I(1)=2k=1n2k2k+1
sin2n+1xsin2nxsin2n1x,0xπ
I(2n+1)I(2n)I(2n1)
1I(2n)I(2n+1)I(2n1)I(2n+1)=2n+12n, din rezultatele de mai sus.

Conform teoremei cleștelui,

limnI(2n)I(2n+1)=1
limnI(2n)I(2n+1)=π2limnk=1n(2k12k2k+12k)=1
π2=k=1(2k2k12k2k+1)=212343456567

Legături externe