こんにちは.今日は,面白いと感じた極限の問題を紹介しようと思います.最後まで読んでいってください.
次の極限値を求めよ.limn→∞{(n+1)n+1nn−nn(n−1)n−1}
では,解いていきましょう.極限の中身をf(n)とおきます.
f(n)=(n+1)n+1(n−1)n−1−nn⋅nnnn(n−1)n−1
分母を少し変形すると
1nn(n−1)n−1=1nn⋅nn−1⋅nn−1(n−1)n−1
=1n2n−1(1+1n−1)n−1
∴f(n)=(1+1n−1)n−1(n+1)n+1(n−1)n−1−n2nn2n−1
それでは,右側の分数の分子をg(n)として変形していきます.
g(n)=(n+1)2(n+1)n−1(n−1)n−1−n2n
=(n+1)2(n2−1)n−1−n2n
=(n2+2n+1)(n2−1)n−1−n2n
=(n2−1+2n+2)(n2−1)n−1−n2n
=2n(1+1n)(n2−1)n−1+(n2−1)n−n2n
=2n(1+1n)(n2−1)n−1−{(n2)n−(n2−1)n}
∴f(n)=(1+1n−1)n−12n(1+1n)(n2−1)n−1−{(n2)n−(n2−1)n}n2n−1
ここで
An=2n(1+1n)(n2−1)n−1⋅1n2n−1
Bn=(n2)n−(n2−1)nn2n−1
とすれば,求める極限は
limn→∞(1+1n−1)n−1⋅(An−Bn)
になります.当然
limn→∞(1+1n−1)n−1=e
です.次に
limn→∞An=limn→∞2n(1+1n)(n2−1)n−1⋅1n2n−1
=limn→∞2(1+1n)(n2−1)n−11n2(n−1)
=limn→∞2(1+1n)(1−1n2)n−1
=limn→∞2n2n2−1(1+1n)(1−1n2)n
=limn→∞(2+2n2−1)⋅1⋅{(1−1n2)n2}1n
=2⋅1⋅1=2
次に,Bnの極限を求めます.
=1n2(n2−n2+1)∑k=0n−1(n2)n−1−k(n2−1)k
=1n2n−1n2(n−1)∑k=0n−11n2k(n2−1)k
=1n∑k=0n−1(n2−1)kn2k
=1n∑k=0n−1(1−1n2)k
=1n∑k=0n−1φnk (シグマの中身をφnとしました)
=1n(1+φn+φn2+⋯+φnn−1)
ここで,1>φn>φn2>⋯>φnn−1>0なので
φnn−1<1n(1+φn+φn2+⋯+φnn−1)<1
∴φnn−1<Bn<1
limn→∞φnn−1=limn→∞(1−1n2)n−1=1
ですから,挟み撃ちの原理より
limn→∞Bn=1
よって,求める極限は
limn→∞{(n+1)n+1nn−nn(n−1)n−1}=e(2−1)=e
となって答です.
最後まで読んでくれてありがとうございました.
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