arcsin(x)のTaylor展開
∞
arcsin(x)=Σ (2n)!/{(n!)^2・(4^n)・(2n+1)}・x^(2n+1)
n=0
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y=arcsin(x) ・・・@
両辺を微分して
dy/dx=1/√(1-x^2) ・・・A
ところで
g(p)=1/√(1-p) のTaylor展開は既知のもので ・・・B
g(p)=1/√(1-p)
=1+1/1!・(1/2)・p+1/2!・(1/2)・(3/2)・p^2+1/3!・(1/2)・(3/2)・(5/2)・p^3+・・・
+1/n!・(1×3×5×・・・(2n-1))/2^n・p^n+・・・ ・・・C
ここに
p = x^2を代入すると
g(x^2)=1/√(1-x^2) ・・・D
=1+1/1!・(1/2)・x^2+1/2!・(1/2)・(3/2)・x^4+1/3!・(1/2)・(3/2)・(5/2)・x^6+・・・
+1/n!・(1×3×5×・・・(2n-1))/2^n・x^2n+・・・
A項の両辺を0〜xの範囲で積分すると
∫(dy/dx)dx=∫dy=y
=∫{1/√(1-x^2)}dx
=∫{g(x^2)}dx
=∫{1+1/1!・(1/2)・x^2+1/2!・(1/2)・(3/2)・x^4+1/3!・(1/2)・(3/2)・(5/2)・x^6+・・・
+1/n!・(1×3×5×・・・(2n-1))/2^n・x^2n+・・・}dx
各項積分に書き直すと
=∫{1}dx
+∫{1/1!・(1/2)・x^2}dx
+∫{1/2!・(1/2)・(3/2)・x^4}dx
+∫{1/3!・(1/2)・(3/2)・(5/2)・x^6}dx
+・・・
+∫{1/n!・(1×3×5×・・・(2n-1))/2^n・x^2n}dx
+・・・(つづく)
定数を前に出すと
=∫dx
+{1/1!・(1/2)}・∫x^2dx
+{1/2!・(1/2)・(3/2)}・∫x^4dx
+{1/3!・(1/2)・(3/2)・(5/2)}・∫x^6dx
+・・・
+{1/n!・(1×3×5×・・・(2n-1))/2^n}・∫x^2ndx
+・・・(つづく)
※ここで、以下の式変形を使って式をまとめると
(1×3×5×・・・×(2n-1))={1×3×5×・・・(2n-1)}×{2×4×6×・・・×2n}÷(2^n・n!)
=(2n)!/(2^n・n!)
なので
=x
+{1/1!・(1/2)}/3・x^3
+{1/2!・(1/2)・(3/2)}/5・x^5
+{1/3!・(1/2)・(3/2)・(5/2)}/7・x^7
+・・・
+{(2n)!/(n!)^2・(2^n)^2}/(2n+1)・x^(2n+1)
+・・・(つづく)
すなわち、
∞
arcsin(x)=Σ (2n)!/((n!)^2・(4^n)・(2n+1))・x^(2n+1)
n=0
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所感(メモ):2重階乗というのをはじめて知った。
(2n-1)!!=(2n)!/(2^n・n!) の変形は、定石なのかもしれない。
(2n-1)!!= 1×3×5×・・・×(2n-1)
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(メモ,超幾何級数による表記) arcsin(x)=x・2F1(1/2,1/2;3/2;x^2)