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Bestimmen Sie folgenden Grenzwert$$\lim\limits_{n\to\infty}\int \limits_{-\pi }^{\pi}\sin^n(x)\, \mathrm{d}x$$

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In welchen Grenzen?

Der Grenzwert ist _pi, pi

und \(n\to \infty\)?

lim n→∞ ∫[-π,π] sin^n(x) dx

Das Integral kommt mir von der Wallischen Produktformel für \(\pi\) bekannt vor.

Müsste der Grenzwert, wenn er existiert, nicht Null sein? Denn es ist doch \(\displaystyle\int_{-\pi}^\pi\sin^n(x)\,\mathrm dx=0\) für alle ungeraden \(n\in\mathbb N\).

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Hallo,

betrachte auf dem Maßraum \(([-\pi,\pi], \,\mathcal{B}([-\pi,\pi],\, \lambda^1) \) für alle \(n \in \mathbb{N} \) die stetigen und damit messbaren Funktionen \( f_n:\, [-\pi, \pi] \to \mathbb{R}, \,f_n(x) = \sin^n(x) \).

Dann ist \( \lim\limits_{n\to\infty} f_n(x) = 0 \) für alle \( x\in [-\pi,\pi]\setminus\lbrace{\frac{k\pi}{2}:\,k\in\mathbb{Z}\rbrace} \), also \(\lambda^1\)-fast überall. Da weiter \( |f_n(x)| = |\sin^n(x)| \leq 1 \) für alle \(x\in [-\pi,\pi]\) und \( n\in\mathbb{N} \) und \(\int_{[-\pi,\pi]} 1 \, d\lambda(x)<\infty\), folgt aus dem Satz von Lebesgue

\( \lim\limits_{n\to\infty}\int_{[-\pi,\pi]} \sin^n(x) \, d\lambda(x) \underset{\sin \, \text{stetig}}{\overset{[-\pi,\pi] \,\text{kompaktes Intervall}}{=}} \lim\limits_{n\to\infty}\int_{-\pi}^{\pi} \sin^n(x) \, dx = 0  \)

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