Was ist das Wallis-Produkt?

π/2 = ∏ 4n²/(4n²-1)
π = 2 · (2/1) · (2/3) · (4/3) · (4/5) · (6/5) · (6/7) ⋯. Wallis, 1655.

Das Wallis-Produkt schreibt π/2 als unendliches Produkt einfacher Brüche: (2/1) × (2/3) × (4/3) × (4/5) × (6/5) × (6/7) × ⋯. Jede gerade Zahl erscheint zweimal, einmal größer und einmal kleiner als ihre Nachbarn. Multipliziert man genügend viele Faktoren, konvergiert das Produkt gegen π/2 ≈ 1,5708.

Partielle Wallis-Produkte nähern sich π/2
1.331.41.471.54π/2W(n)151014n

Wallis-Produkt: (2/1)(2/3)(4/3)(4/5)(6/5)(6/7)... Die Partialsummen, genauer die Teilprodukte, konvergieren von unten gegen π/2 ≈ 1,5708 und schwingen sich um den Grenzwert ein.

John Wallis leitete diese Formel 1655 aus dem Integral ∫₀^(π/2) sinⁿ(x) dx her, indem er gerade und ungerade Exponenten verglich. Bemerkenswert ist, dass dadurch π aus reiner Multiplikation rationaler Zahlen hervorgeht, ganz ohne direkte Geometrie. Dasselbe Produkt folgt auch aus der Gammafunktions-Identität π = Γ(1/2)².

Das Wallis-Produkt: alternierende Brüche mit geraden Zahlen
π/2 = (2/1)·(2/3)·(4/3)·(4/5)·(6/5)·(6/7)·…
= Π_{n=1}^∞ (4n²)/(4n²−1)
Wallis derived this in 1655 by comparing integrals of powers of sin(x). It was the first product formula for π.

Das Wallis-Produkt konvergiert sehr langsam. Nach n Faktorenpaaren ist der Fehler von der Größenordnung 1/(4n). Theoretisch ist es jedoch enorm wichtig, weil es zu den ersten unendlichen Produkten überhaupt gehört, die systematisch untersucht wurden. Es ebnete den Weg zur Analyse von sin(x) = x∏(1 - x²/n²π²) und zur gesamten Theorie unendlicher Produkte in der komplexen Analysis.

Integrale von sin^n(x) von 0 bis π/2: das Muster aus geraden und ungeraden n erzeugt Wallis
0.530.881.221.57∫₀^(π/2) sinⁿx dx0235n

Für gerade n gilt I(n) = (π/2)·(1/2)·(3/4)·(5/6)…(n−1)/n. Für ungerade n gilt I(n) = 1·(2/3)·(4/5)…(n−1)/n. Der Quotient benachbarter Integrale I(2n)/I(2n+1) geht gegen 1 und liefert damit das Wallis-Produkt.

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