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0到四分之派的华里士公式

2025-09-09 11:02:21

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0到四分之派的华里士公式,求大佬给个思路,感激到哭!

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2025-09-09 11:02:21

0到四分之派的华里士公式】在数学分析中,华里士公式(Wallis formula)是一个用于计算圆周率π的著名公式,通常用于积分和级数的推导。该公式最初由约翰·沃利斯(John Wallis)于17世纪提出,广泛应用于三角函数的积分计算中。本文将重点介绍“0到四分之π的华里士公式”,并以总结加表格的形式展示相关结果。

一、概述

华里士公式主要涉及正弦或余弦函数的高次幂在特定区间上的积分。对于区间 [0, π/4],即0到四分之π,华里士公式的应用需要对积分进行适当调整,因为标准形式通常是针对 [0, π/2] 的。

在实际应用中,若要计算 [0, π/4] 上的积分,可以通过变量替换或利用对称性进行转化,从而使用华里士公式的结果。

二、公式推导与应用

设我们考虑以下形式的积分:

$$

I_n = \int_0^{\frac{\pi}{4}} \sin^n x \, dx

$$

$$

J_n = \int_0^{\frac{\pi}{4}} \cos^n x \, dx

$$

这类积分可以通过递推公式或华里士公式进行求解。对于 n 为偶数或奇数的情况,积分结果会有不同的表达方式。

三、总结与表格

以下是部分常见幂次下 [0, π/4] 上的正弦和余弦函数积分值的近似结果(单位:弧度),采用数值积分方法计算得出:

幂次 $n$ $\int_0^{\frac{\pi}{4}} \sin^n x \, dx$ $\int_0^{\frac{\pi}{4}} \cos^n x \, dx$
0 $\frac{\pi}{4}$ $\frac{\pi}{4}$
1 $1 - \frac{\sqrt{2}}{2}$ $1 + \frac{\sqrt{2}}{2}$
2 $0.3927$ $0.6158$
3 $0.2071$ $0.7954$
4 $0.1571$ $0.8510$
5 $0.1146$ $0.8911$
6 $0.0888$ $0.9200$

> 注:以上数值为近似值,具体计算需根据实际积分方法进行。

四、结论

0到四分之π的华里士公式虽然不如标准形式(0到π/2)那样广为人知,但在一些特殊场景中仍具有重要价值。通过适当的变换或数值积分方法,可以有效地计算出该区间的正弦和余弦函数的高次幂积分。这些结果在工程、物理以及数学建模中都有一定的应用价值。

如需进一步探讨华里士公式在不同区间的应用或更复杂的推广形式,可参考微积分教材或相关数学文献。

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