介绍Wallis公式及其应用

发布 2021-04-09 21:29:28 阅读 2445

本文讲述wallis公式,以及它的推导过程。然后讲述wallis公式的两个重要应用,即推导。

stirling公式和求解euler-poisson积分。

contens

1. 什么是wallis公式。

2. wallis公式的推导过程。

3. 利用wallis公式推导stirling公式。

4. 利用wallis公式求解euler-poisson积分。

1. 什么是wallis公式。

wallis公式是关于圆周率的无穷乘积的公式,公式内容如下。

其中,开方后还可以写成。

2. wallis公式的推导过程。

wallis公式的推导采用对在区间内的积分完成,令。

用部分积分法得到如下推导过程。

进一步得到。

所以继续得到。

所以最终得到。

由的单调性可知。

即得到。由两边夹挤准则得到。

这样就推导出了wallis公式。

3. 利用wallis公式推导stirling公式。

斯特林公式如下。

接下来利用wallis公式来推导斯特林公式。

借助函数的图像面积,通常有三种求法,分别是积分法,内接梯形分割法,外切梯形分割法。实。

际上最准确的是第一种,后面两种都有一定误差。

对于积分法求面积有。

对于内接梯形分割法有。

很容易知道,令,很容易证明为有界递增序列,则。

接下来令,则有极限,设。

则根据wallis公式得到。

进一步化简得到。

所以最终得到。

带入原式得到斯特林公式。

4. 利用wallis公式求解euler-poisson积分。

在上面,我通过wallis公式完美地推导了斯特林公式,接下来继续看wallis公式的另一个应用,即求解。

euler-poisson积分。

euler-poisson积分是无限区间上的非正常积分。

它在概率论等数学分支以及其它自然科学中都有重要应用,由于它的被积函数的原函数不能用初等函数表示,因此不能用牛顿-莱布尼兹公式求它的值。现在我就用上面学到的wallis公式来求解。

借助函数在时取得最大值1,因此对于任何,都有,从。

而得到和,所以。

对任意自然数都有。

由于。那么,我们又知道。

即得到不等式为。

同时取平方后得到。

由wallis公式可以推出,在的情况下,两边都是以为极限,由两边夹挤准则得到。

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