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高校数学解説
文献あり

極限の問題

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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+1nnnn(n1)n1}

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(n1)n1nnnnnn(n1)n1

分母を少し変形すると

1nn(n1)n1=1nnnn1nn1(n1)n1

=1n2n1(1+1n1)n1

f(n)=(1+1n1)n1(n+1)n+1(n1)n1n2nn2n1

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)n1(n1)n1n2n

=(n+1)2(n21)n1n2n

=(n2+2n+1)(n21)n1n2n

=(n21+2n+2)(n21)n1n2n

=2n(1+1n)(n21)n1+(n21)nn2n

=2n(1+1n)(n21)n1{(n2)n(n21)n}

f(n)=(1+1n1)n12n(1+1n)(n21)n1{(n2)n(n21)n}n2n1

ここで

An=2n(1+1n)(n21)n11n2n1

Bn=(n2)n(n21)nn2n1

とすれば,求める極限は

limn(1+1n1)n1(AnBn)

になります.当然

limn(1+1n1)n1=e

です.次に

limnAn=limn2n(1+1n)(n21)n11n2n1

=limn2(1+1n)(n21)n11n2(n1)

=limn2(1+1n)(11n2)n1

=limn2n2n21(1+1n)(11n2)n

=limn(2+2n21)1{(11n2)n2}1n

=211=2

次に,Bnの極限を求めます.

Bn=(n2)n(n21)nn2n1

=1n2(n2n2+1)k=0n1(n2)n1k(n21)k

=1n2n1n2(n1)k=0n11n2k(n21)k

=1nk=0n1(n21)kn2k

=1nk=0n1(11n2)k

=1nk=0n1φnk (シグマの中身をφnとしました)

=1n(1+φn+φn2++φnn1)

ここで,1>φn>φn2>>φnn1>0なので

φnn1<1n(1+φn+φn2++φnn1)<1

φnn1<Bn<1

ここで

limnφnn1=limn(11n2)n1=1

ですから,挟み撃ちの原理より

limnBn=1

よって,求める極限は

limn{(n+1)n+1nnnn(n1)n1}=e(21)=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.

参考文献

[1]
中村力, 微分積分, 森北出版株式会社
投稿日:2023129
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