瓦利斯公式(Wallis formula)是圓周率π的有理數極限表達式,最早由沃利斯(J. Wallis)發現並於1655年發表。該公式在數學分析中具有重要意義,因為它將無理數π/2(實質上是超越數)表示為容易計算的有理數列的極限。沃利斯公式的形式如下:
沃利斯公式:
\[ \frac{\pi}{2} = \lim_{{n \to \infty}} \frac{{(2n)!!}}{{(2n + 1)!!}} \]
其中,\( (2n)!! \) 表示 \( (2n) \times (2n - 2) \times \cdots \times 2 \times 1 \),而 \( (2n + 1)!! \) 表示 \( (2n + 1) \times (2n - 1) \times \cdots \times 3 \times 1 \)。這個公式不僅是數學史上較早的無窮乘積的例子,也是第一個將π表為容易計算的有理數列的極限的公式。儘管現在對π的計算有更快的方法,但沃利斯公式在理論和歷史上的重要性依然顯著。
此外,沃利斯公式也與階乘和π的關係緊密相連,可以通過積分運算來簡化計算。例如,對於積分 \( \int_0^{\pi/2} \sin^n x \, dx \),可以通過分部積分和沃利斯公式的變形來得到與π相關的表達式。