2020牛客暑期多校訓練營(第一場) J Easy Integration 題
網上題解大多是 不斷分部積分求解,其實有更為簡潔的解法.
便是 Wallis積分(點火公式) + 組合數學 求解,本文給出思路及程序
題面如下.

(一)為什么會想到 Wallis積分
題意是給出整數 n ,求出下面定積分的值.

既然給出 n 可求得結果,可知結果與變數x無關.并且見到型如(a-x2)的結構可聯想到三角換元,
只不過這里的a非常量而是x.
綜合 積分結果與x無關和三角換元的特征,可以想到高等數學中的Wallis積分 (即點火公式)
證明可見同濟7版高數上p253例12,這里直接給出公式

(二)計算思路及程序
(1)三角換元→湊微分→Wallis積分
先說明一下雙階乘就是隔項連乘,如

后面將采用Wallis積分的階乘表示形式.(公式見上圖)
由 1-x2 的形式,易想到令x=cost,但這里是 x-x2 可考慮升次令 x=cos2t,t∈[0,π/2]
然后湊微分變為單一變數(只含cosx 或 sinx)三角函式,程序如下

(2)公式化簡(組合數學)
上面(1)中公式還可化簡,要有點組合數學基礎.

上圖公式二是單階乘與雙階乘的轉換,容易推出
公式一需結合式子,模擬推算一下 (2n)!!與2的n次方的比例關系
結合上面公式,最侄訓簡如下

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