$\dfrac{2}{\pi} = \dfrac{\sqrt 2}{2} \cdot \dfrac{\sqrt {2+\sqrt 2}}{2} \cdot\dfrac{\sqrt {2+\sqrt {2+\sqrt 2}}}{2} \cdots $

Question

Se puede demostrar inductivamente que $$ \cos \frac{\pi}{2^{n+1}}\ = \frac{\sqrt {2+\sqrt {2+\sqrt {2+\sqrt {\cdots+\sqrt {2 }}}}}}{2}, $$ con $n$ raíces cuadradas en el lado derecho de la ecuación.

La segunda parte de la pregunta consistía en deducir lo siguiente de la primera parte:

$$\frac{2}{\pi} = \frac{\sqrt 2}{2} \cdot \frac{\sqrt {2+\sqrt 2}}{2} \cdot\frac{\sqrt {2+\sqrt {2+\sqrt 2}}}{2} \cdot \cdots $$

con la sugerencia de utilizar el siguiente límite:

$$\lim_{n\to \infty}\cos\Big(\frac{t}{2}\Big)\cos\Big(\frac{t}{2^2}\Big)\cdots\cos\Big(\frac{t}{2^n}\Big) = \frac{\sin t}{t}.$$

Se agradecerá alguna pista o intuición general.

Answer 1

Utilizando la identidad trogonométrica $$ \sin (2a)=2\sin a\,\cos a\qquad\text{or}\qquad \cos a=\frac{\sin 2a}{2\sin a}, $$ siempre que $\,\sin a\ne 0,\,$ obtenemos que $$ \cos(x/2)\cos(x/4)\cdots\cos(x/2^n)=\frac{\sin x}{2\sin(x/2)}\frac{\sin (x/2)}{2\sin(x/4)}\cdots\frac{\sin (x/2^{n-1})}{2\sin(x/2^n)}=\frac{\sin x}{2^n\sin(x/2^n)}. $$ Por lo tanto

$$ \lim_{n\to\infty}\cos(x/2)\cos(x/4)\cdots\cos(x/2^n)=\frac{\sin x}{x}, $$ desde $$ \lim_{t\to 0}\frac{\sin(tx)}{t}=x. $$ En particular, $$ \prod_{n=1}^\infty \cos\left(\frac{\pi}{2^{n+1}}\right)=\frac{2}{\pi}. $$