sin⁡x的无穷乘积式

观察以下两个式子:

sin⁡3x=3sin⁡x−4sin3⁡xsin⁡5x=5sin⁡x−20sin3⁡x+16sin5⁡x⋯

可以发现

sin⁡(2n+1)x=sin⁡x⋅P(sin2⁡x)

其中P(x)是关于x的n次多项式.

因为limx→0sin⁡(2n+1)xsin⁡x=2n+1,所以P(x)的常数项为2n+1.

同时,sin⁡(2n+1)x的根为kπ2n+1,k∈Z,所以sin2⁡kπ2n+1,k=1,2,⋯,n恰为P(x)的n个根.

P(x)=(2n+1)(1−xsin2⁡π2n+1)(1−xsin2⁡2π2n+1)⋯(1−xsin2⁡nπ2n+1)P(x)=(2n+1)∏k=1n(1−xsin2⁡kπ2n+1)sin⁡(2n+1)xsin⁡x=(2n+1)∏k=1n(1−sin2⁡xsin2⁡kπ2n+1)sin⁡x(2n+1)sin⁡12n+1x=∏k=1n(1−sin2⁡12n+1xsin2⁡kπ2n+1)sin⁡x(2n+1)sin⁡12n+1x∏k=1m(1−sin2⁡12n+1xsin2⁡kπ2n+1)=∏k=m+1n(1−sin2⁡12n+1xsin2⁡kπ2n+1)

左边对n取极限,使n→∞.

sin⁡xx∏k=1m(1−x2k2π2)

对于右边,有这一不等式

2πx<sin⁡x<x,x∈(0,π2)sin2⁡12n+1x<x2(2n+1)2sin2⁡kπ2n+1>4k2(2n+1)2sin2⁡12n+1xsin2⁡kπ2n+1<x24k2

于是就有

1>∏k=m+1n(1−sin2⁡12n+1xsin2⁡kπ2n+1)>∏k=m+1n(1−x24k2)>∏k=m+1∞(1−x24k2)1>∏k=m+1n(1−sin2⁡12n+1xsin2⁡kπ2n+1)>∏k=m+1∞(1−x24k2)

这个式子是否成立与n的取值无关,所以代入n→∞的极限可得

1>sin⁡xx∏k=1m(1−x2k2π2)>∏k=m+1∞(1−x24k2)

再在两边对m取极限,使m→∞.两边极限都是1,所以根据极限夹逼准则,可得

sin⁡xx=∏k=1∞(1−x2k2π2)
sin⁡x=x∏k=1∞(1−x2k2π2)

sin⁡xx也被称为sincx.