华莱士公式(Wallis’s formula)是一个用于计算 ∫ 0 π / 2 sin n x d x \int_0^{\pi/2} \sin^n x \, dx ∫0π/2sinnxdx的公式,其中 n n n是一个正整数。这个公式可以通过数学归纳法证明。
首先,我们可以根据华莱士公式得到:
∫ 0 π / 2 sin n x d x = 1 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋯ ( n − 1 ) 2 ⋅ 4 ⋅ 6 ⋯ n ⋅ π 2 \int_0^{\pi/2} \sin^n x \, dx = \frac{1 \cdot 3 \cdot 5 \cdots (n-1)}{2 \cdot 4 \cdot 6 \cdots n} \cdot \frac{\pi}{2} ∫0π/2sinnxdx=2⋅4⋅6⋯n1⋅3⋅5⋯(n−1)⋅2π
具体到某个 n n n的情况下,我们可以计算出相应的结果。例如,当 n = 2 n=2 n=2时,根据华莱士公式有:
∫ 0 π / 2 sin 2 x d x = π 2 ⋅ 1 2 = π 4 \int_0^{\pi/2} \sin^2 x \, dx = \frac{\pi}{2} \cdot \frac{1}{2} = \frac{\pi}{4} ∫0π/2sin2xdx=2π⋅21=4π
当 n = 3 n=3 n=3时,根据华莱士公式有:
∫ 0 π / 2 sin 3 x d x = π 2 ⋅ 1 ⋅ 3 2 ⋅ 4 = 3 π 16 \int_0^{\pi/2} \sin^3 x \, dx = \frac{\pi}{2} \cdot \frac{1 \cdot 3}{2 \cdot 4} = \frac{3\pi}{16} ∫0π/2sin3xdx=2π⋅2⋅41⋅3=163π
依此类推,我们可以根据华莱士公式计算任意正整数 n n n下的三角函数积分。这个公式在数学中有广泛的应用,特别是在计算一些特定形式的三角函数积分时非常方便和有效。