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Commit 92a6c569 authored by Manfred Madritsch's avatar Manfred Madritsch
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Intégrales de Wallis

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Pipeline #9931 passed
......@@ -3661,6 +3661,46 @@ l'intégrale $\int_a^bf(t)\dt$ désigne un nombre réel.
\[ \int x^2e^x\dx=(x^2-2x+2)e^x+c.\]
\end{exemple}
\begin{exemple}\label{exo:integrales_de_wallis}
Les intégrales de Wallis sont les termes de la suite réelle $(W_n)_{n\in\NN}$
définie par :
\[W_n=\int_0^{\frac\pi2} \cos(x)^n\dx.\]
Les premiers termes de cette suite sont :
\begin{align*}
W_0&=\int_{0}^{\frac\pi2} 1\dx=\frac\pi2;\\
W_1&=\int_0^{\frac\pi2} \cos(x)\dx=\left[ \sin(x)\right]_0^{\frac\pi2}=1;\\
W_2&=\int_0^{\frac\pi2} \cos(x)^2\dx
=\int_0^{\frac\pi2} \frac{1+\cos(2x)}{2}\dx
=\frac12\left[x+\frac{\sin(2x)}{2}\right]_0^{\frac\pi2}
=\frac\pi4.
\end{align*}
Maintenant cherchons une relation de récurrence. On pose $u=\cos(x)^{n-1}$ et
$v'=\cos(x)$. Ainsi $u'=-(n-1)\cos(x)^{n-2}\sin(x)$ et $v=\sin(x)$. Alors par
intégration par partie
\begin{align*}
W_n&=\int_0^{\frac\pi2} \cos(x)^{n-1}\cos(x)\dx\\
&=\left[\cos(x)^{n-1}\sin(x)\right]_0^{\frac\pi2}+\int_0^{\frac\pi2}(n-1)\cos(x)^{n-2}\sin(x)^2\dx\\
&=(n-1)\int_0^{\frac\pi2}\cos(x)^{n-2}\left(1-\cos(x)^2\right)\dx\\
&=(n-1)W_{n-2}-(n-1)W_n.
\end{align*}
Donc la relation de réciproque est
\[ W_n=\frac{n-1}{n}W_{n-2}.\]
Alors on peut obtenir une formule pour $W_{2p}$ et $W_{2p+1}$ :
\begin{align*}
W_{2p}&=\frac{2p-1}{2p}\frac{2p-3}{2p-2}\cdots \frac{1}{2}W_0
=\frac\pi2\prod_{k=1}^{p}\frac{2k-1}{2k}\frac{2k}{2k}
=\frac\pi2\frac{(2p)!}{(2^pp!)^2}=\frac\pi2\frac{\binom{2p}{p}}{4^p}
\intertext{et}
W_{2p+1}&=\frac{2p}{2p+1}\frac{2p-2}{2p-1}\cdots \frac{2}{3}W_1
=\prod_{k=1}^p\frac{2k}{2k+1}\frac{2k}{2k}
=\frac{(2^pp!)^2}{(2p+1)!}=\frac{1}{2p+1}\frac{4^p}{\binom{2p}{p}}.
\end{align*}
\end{exemple}
\subsection{Changement de variable}
\begin{theorem}
......
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