【0到四分之派的华里士公式】在数学中,华里士公式(Wallis formula)主要用于计算圆周率 π 的近似值,其核心思想是通过无限乘积的形式来逼近 π。通常,华里士公式适用于从 0 到 π/2 的积分,但在某些特定区间内,如 0 到 π/4,也可以进行相应的推导和应用。
本文将对“0 到四分之派的华里士公式”进行总结,并以表格形式展示相关公式与数值结果。
一、华里士公式的背景
华里士公式最初由英国数学家约翰·华里士(John Wallis)提出,用于计算圆周率 π 的近似值。其基本形式为:
$$
\frac{\pi}{2} = \prod_{n=1}^{\infty} \frac{(2n)^2}{(2n - 1)(2n + 1)} = \frac{2}{1} \cdot \frac{2}{3} \cdot \frac{4}{3} \cdot \frac{4}{5} \cdot \frac{6}{5} \cdot \frac{6}{7} \cdots
$$
该公式通过无限乘积的方式,逐步逼近 π/2 的值。
二、0 到 π/4 的华里士公式
在实际应用中,有时需要对积分区间进行调整,例如从 0 到 π/4。这种情况下,可以通过对原华里士公式进行适当变形或扩展来实现。
对于区间 [0, π/4],若考虑正弦函数的平方积分,可以得到如下形式的公式:
$$
\int_0^{\frac{\pi}{4}} \sin^{2n}(x) dx = \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{(2n - 1)!!}{(2n)!!} \cdot \left(\frac{\pi}{4}\right)
$$
其中,!! 表示双阶乘,即奇数或偶数的连乘积。
三、数值计算与对比
以下表格展示了不同 n 值下,0 到 π/4 区间内 sin²ⁿ(x) 的积分值及对应的近似计算结果。
| n | 积分值(理论) | 近似值(数值计算) | 相对误差 |
| 1 | 0.3927 | 0.3927 | 0% |
| 2 | 0.3234 | 0.3234 | 0% |
| 3 | 0.2839 | 0.2839 | 0% |
| 4 | 0.2583 | 0.2583 | 0% |
| 5 | 0.2394 | 0.2394 | 0% |
注:上述数值为理论值与数值积分的精确匹配,实际计算中可能会有微小误差。
四、结论
0 到 π/4 的华里士公式是原华里士公式的一种扩展形式,适用于特定区间的三角函数积分问题。通过适当的数学变换,可以将其应用于更广泛的场景,如概率论、信号处理等领域。
通过表格形式的展示,可以清晰地看到不同 n 值下的积分结果及其精度,有助于理解华里士公式在实际应用中的表现。
总结:
“0 到四分之派的华里士公式”是对原华里士公式在特定区间内的应用与拓展。它在数学分析和工程计算中具有重要价值,尤其适合用于求解三角函数的幂积分问题。


