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Evaluar $\lim_{n\rightarrow\infty}\left[\frac{(2n)!!}{(2n-1)!!}\right]^2\cdot\frac{1}{2n+1}$

Si sabemos que $I_{n}=\int_0^\frac{\pi}{2}\sin^n(x)\,{\rm d}x$ necesitamos evaluar:

$\lim_{n\rightarrow\infty}\left[\frac{(2n)!!}{(2n-1)!!}\right]^2\cdot\frac{1}{2n+1}$ ( !! significa doble factorial ).


Aquí está todos mis pasos para llegar a un teorema del sándwich:

$I_{_{n}}=\frac{n-1}{n}\cdot I_{n-2}$, $\forall x\geq 2$. Por lo tanto:

$I_{_{2k}}=\frac{\pi}{2}\cdot (\prod_{k=0}^{n}\frac{2k+1}{2k+2})=\frac{\pi}{2}\cdot(\prod_{k=1}^{n}\frac{2k-1}{2k})$

$I_{_{2k+1}}=\prod_{k=0}^{n}\frac{2k+2}{2k+3}=\prod_{k=1}^{n}\frac{2k}{2k+1}$

$\Rightarrow I_{2k}\geq I_{2k+1}$ , $\forall x\in[0,\frac{\pi}{2}]$

$\Rightarrow \prod_{k=1}^{n}\frac{2k}{2k+1}\leq\frac{\pi}{2}(\prod_{k=1}^{n}\frac{2k-1}{2k})\mid\cdot\prod_{k=1}^{n}\frac{2k}{2k-1}$

$\Rightarrow \prod_{k=1}^{n}\frac{2k^2}{4k^2-1}\leq\frac{\pi}{2}$


No sé cómo puedo llegar a $\left[\frac{(2n)!!}{(2n-1)!!}\right]^2\cdot\frac{1}{2n+1}$ y después de utilizar el teorema del sándwich.

Es algo de lo $\frac{(2n)!!}{(2n-1)!!}=\prod_{k=1}^{n}\frac{2k}{2k-1}$ ?

Quiero continuar con este método, si es algo que me puede ayudar para terminar voy a apreciar.

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Anthony Shaw Puntos 858

Escribir las cosas en términos de la función Gamma $$ \frac{(2n)!!}{(2n-1)!!}=\frac{\Gamma(n+1)\,\Gamma(\frac12)}{\Gamma(n+\frac12)} $$ Gautschi la Desigualdad, demostrado en esta respuesta, dice $$ n^{1/2}\lt\frac{\Gamma(n+1)}{\Gamma(n+\frac12)}\lt(n+1)^{1/2} $$ Desde $\Gamma(\frac12)=\sqrt\pi$, $$ \frac{\pi n}{2n+1}\lt\left[\frac{(2n)!!}{(2n-1)!!}\a la derecha]^2\frac1{2n+1}\lt\frac{\pi(n+1)}{2n+1} $$ Por lo tanto, utilizando el Teorema del encaje, $$ \lim_{n\to\infty}\left[\frac{(2n)!!}{(2n-1)!!}\a la derecha]^2\frac1{2n+1}=\frac\pi2 $$

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Leg Puntos 14825

Este es el Wallis fórmula y su derivación se puede encontrar aquí. También, tenga en cuenta que el doble factorial es una terrible notación a utilizar y la amabilidad de abstenerse de utilizar en el futuro.

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