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sin(x)の無限積展開の大雑把な証明

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3倍角の公式でsinxを展開する話。
 まず、よく知られているように、
sin3x=3sinx4sin3x
である。これより、
sin3x=4sinx(34sin2x)=4sinx(sin2π3sin2x)=4sinxsin(π3x)sin(π3+x).
これを繰り返し使う。なお、
sin(α+β)sin(αβ)=sin2αsin2β
は加法定理で容易に証明できる。
sin9x=4sin3xsin3(π9x)sin3(π9+x)=44sinxsin(π3x)sin(π3+x)    ×4sin(π9x)sin(2π9+x)sin(4π9x)    ×4sin(π9+x)sin(2π9x)sin(4π9+x)=44sinxk=14sin(kπ9x)sin(kπ9+x).
帰納的に、
sin3mx=41+3++3m1sinxk=11+3++3m1sin(kπ3mx)sin(kπ3m+x)=23m1sinxk=1(3m1)/2(sin2kπ3msin2x).
xx/3mで置き換えて、
sinx=23m1sinx3mk=1(3m1)/2(sin2kπ3msin2x3m)
を得る。ここで両辺をxで割ってx0すると、
sinxx1,    sinλxxλ
みたいになるから、
1=23m13mk=1(3m1)/2sin2kπ3m
なる。これも厳密に成り立つ。これで両辺を割ると、
sinx=3msinx3mk=1(3m1)/2(1sin2x3msin2kπ3m)
みたいになる。これも厳密。ここでmすると、
3msinα3m=αsinα3m/α3mα
のようになるから、分数のところで上と下にそれぞれ32mを掛けて、
sinx=xk=1(1x2k2π2)
となる。ただ、kが一定じゃないのでやり方は厳密じゃない(kが項数に近い時におかしなことになる)・・正当化するにはいろいろ方法がある。差分を取って評価するとかしないといけない。証明してみたい人は・・
|xsinx|x36   (0xπ)
とか、
2πxsinxx   (0xπ2)
が参考になるかも。
 複素関数論を使うとエレガントにできるとか、できないとか。

投稿日:20201130
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