歐拉積分,伽馬函數、wallis公式 和 0到Pi/2上的sin(cos)n次方的積分 的關係?

能講一講他們的聯繫嗎?


Gamma函數最初是以下面這種形式出現的:
n!=int_{0}^{infty}e^{-t}t^nmathrm{d}t, n=0,1,2,cdots
它是階乘(factorial function)的一種積分表示,然後當我們擴充一下定義,使得對於一些複數它也成立(類似於一個插值問題),即:
Gammaleft(x
ight)=int_{0}^{infty}e^{-t}t^{x-1}mathrm{d}t, Releft(x
ight)>0
Beta函數可以通過Gamma函數來表示,即:
Bleft(x,y
ight)=int_{0}^{1}t^{x-1}left(1-t
ight)^{y-1}mathrm{d}t=frac{Gammaleft(x
ight)Gammaleft(y
ight)}{Gammaleft(x+y
ight)}, Releft(x
ight)>0,Releft(y<br />
ight)>0

經過這樣一個簡單的變換:t=cos^2	heta,我們繼而可以得到:
Bleft(x,y
ight)=2int_{0}^{frac{pi}{2}}cos^{2x-1}	hetasin^{2y-1}	hetamathrm{d}	heta
更加一般地,我們有:
int_{0}^{frac{pi}{2}}sin^{mu}	hetacos^{v}	hetamathrm{d}	heta=frac{Gammaleft(frac{1}{2}mu+frac{1}{2}
ight)Gammaleft(frac{1}{2}v+frac{1}{2}
ight)}{2Gammaleft(frac{1}{2}mu+frac{1}{2}v+1
ight)}, Releft(mu
ight)>-1,Releft(v<br />
ight)>-1
現在我們來看Wallis公式,Wallis公式實際上是Beta函數的一種特殊情況:
int_{0}^{1}sqrt{1-x^2}mathrm{d}x=frac{1}{2}int_{-1}^{1}left(1-x
ight)^{1/2}left(1+x
ight)^{1/2}mathrm{d}x=Gammaleft(frac{3}{2}
ight)Gammaleft(frac{3}{2}
ight)=frac{pi}{4}
註:這個公式是來自於著名的G.E. Andrews, R. Askey, R.Roy, Special Functions,在他們的著作中稱其為Wallis公式。

相關的問題在維基百科中也做了簡明的介紹:
http://en.wikipedia.org/wiki/Wallis_product
http://en.wikipedia.org/wiki/Wallis"_integrals


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