Υπολογισμός Ορίου

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

TrItOs
Δημοσιεύσεις: 81
Εγγραφή: Τρί Ιουν 09, 2015 6:50 pm

Υπολογισμός Ορίου

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από TrItOs »

Πρόβλημα : Έστω η συνάρτηση \displaystyle{f : ( 0, 1 ] \rightarrow ( 0, + \infty )} η οποία έχει τις εξής ιδιότητες:
  • η συνάρτηση \displaystyle{f} είναι διαφορίσιμη στο \displaystyle{( 0, 1 ]} ,
  • \displaystyle{f'(1) > 0} και
  • η συνάρτηση \displaystyle{g(x) = \ln{\big( f(x) \big)}, \forall x \in ( 0, 1 ]} έχει φθίνουσα παράγωγο.
Ορίζουμε την ακολουθία \big( x_{n} \big) \limits_{n \in \mathbb{N} } με τύπο \displaystyle{ x_{n} = \sum\limits_{k=1}^{n} \Big[ f \Big( \frac{k}{n} \Big) \Big]^{n}. }
Να αποδειχθεί ότι:
\displaystyle{\lim\limits_{n \to + \infty} x_{n} = 0} , όταν \displaystyle{f(1) < 1}
ή
\displaystyle{\lim\limits_{n \to + \infty} x_{n} = \frac{1}{1 - e^{- f'(1)}}} , όταν \displaystyle{f(1) = 1}
ή
\displaystyle{\lim\limits_{n \to + \infty} x_{n} = + \infty} , όταν \displaystyle{f(1) > 1}.

Ετικέτες:
ksofsa
Δημοσιεύσεις: 530
Εγγραφή: Κυρ Απρ 18, 2010 9:42 pm

Re: Υπολογισμός Ορίου

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ksofsa »

Καλησπέρα.

Για το πρώτο ερώτημα:

Αφού η g(x) κοίλη, είναι κάτω από την εφαπτομένη στο x=1.

Δηλαδή, g(x)\leq g'(1)(x-1)+g(1)\Leftrightarrow lnf(x)\leq \dfrac{f'(1)}{f(1)}(x-1)+lnf(1)\leq f'(1)(x-1)+lnf(1)

f(x)\leq f(1)e^{xf'(1)-f'(1)}.

Άρα, x_{n}\leq (f(1))^n\sum_{k=1}^{n}(e^{f'(1)(\frac{k}{n}-1)})^n=(f(1))^n\sum_{k=1}^{n}e^{f'(1)(k-n)}=(f(1))^n\sum_{k=0}^{n-1}e^{-f'(1)k}.

Παίρνοντας όρια, κι επειδή το δεξί όριο είναι 0 (το άθροισμα είναι άθροισμα άπειρων όρων γεωμετρικής προόδου με λόγο μικρότερο της μονάδας), παίρνω ότι

lim_{n\rightarrow +\infty }x_{n}=0.
ksofsa
Δημοσιεύσεις: 530
Εγγραφή: Κυρ Απρ 18, 2010 9:42 pm

Re: Υπολογισμός Ορίου

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ksofsa »

Για το δεύτερο ερώτημα:

Όπως, προηγουμένως, δείχνω ότι x_{n}\leq \sum_{k=0}^{n-1}e^{-f'(1)k}\Rightarrow \lim_{n\rightarrow \infty }x_{n}\leq \dfrac{1}{1-e^{-f'(1)}}.

Από εδώ και ύστερα είναι λάθος η συλλογιστική πορεία.

Ακόμη, έχω:

x_{n}\geq \sum_{k=n-a}^{n}[f(\dfrac{k}{n})]^n=\sum_{k=0}^{a}[f(1-\dfrac{k}{n})]^n.

Για αρκετά μικρό \dfrac{a}{n}, το f(1-\dfrac{a}{n}) πλησιάζει όσο θέλουμε την τιμή -\dfrac{af'(1)}{n}+1 (από τον ορισμό της παραγώγου f'(1)).

Οπότε, \sum_{k=0}^{a}[f(1-\dfrac{k}{n})]^n\approx 1+\sum_{k=1}^{a}(1-\dfrac{kf'(1)}{n})^n

και άρα

\lim_{n\rightarrow \infty }x_{n}> \lim_{n\rightarrow \infty }\sum_{k=0}^{a}[f(1-\dfrac{k}{n})]^n\approx 1+\sum_{k=1}^{a}e^{-f'(1)k}.

Καθώς μεγαλώνει το n, το a μπορεί να πάρει όσο μεγάλες τιμές θέλουμε , διατηρώντας το \dfrac{a}{n} όσο θέλουμε κοντά στο 0.

Τελικά \lim_{n\rightarrow \infty }x_{n}\geq 1+\sum_{k=1}^{\infty }e^{-f'(1)k}=\dfrac{1}{1-e^{-f'(1)}}.

Το όριο ισούται λοιπόν με \dfrac{1}{1-e^{-f'(1)}}.
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος ksofsa την Σάβ Αύγ 14, 2021 12:24 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.
ksofsa
Δημοσιεύσεις: 530
Εγγραφή: Κυρ Απρ 18, 2010 9:42 pm

Re: Υπολογισμός Ορίου

#4

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ksofsa »

Είναι λάθος η συλλογιστική πορεία.

Για το τρίτο ερώτημα:

Όπως προηγουμένως, δείχνω ότι για μεγάλα n:

x_{n}\geq 1+\sum_{k=1}^{a}(f(1)-\dfrac{kf'(1)}{n})^n.

Όμως, f(1)> 1 και παίρνοντας όρια, βρίσκω ότι το δεξί είναι άπειρο, άρα θα είναι άπειρο και το αριστερό.
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος ksofsa την Σάβ Αύγ 14, 2021 12:25 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.
ksofsa
Δημοσιεύσεις: 530
Εγγραφή: Κυρ Απρ 18, 2010 9:42 pm

Re: Υπολογισμός Ορίου

#5

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ksofsa »

Καλησπέρα.

Θα ήθελα να ρωτήσω αν είναι σωστή η αντιμετώπιση του 2ου ερωτήματος και συγκεκριμένα ο συλλογισμός για το κάτω φράγμα του ορίου. Έχω αμφιβολίες για το αν επιτρέπεται η αντικατάσταση των τιμών της f(x) από τις προσεγγίσεις τους.

Έκρινα ότι έπρεπε να επαναφέρω τη συζήτηση, που να επισημανθούν τα λάθη της συλλογιστικής πορείας και να μην υπάρχουν στο φόρουμ απαντήσεις φαινομενικά σωστές , αλλά λανθασμένες κατά βάθος.
ksofsa
Δημοσιεύσεις: 530
Εγγραφή: Κυρ Απρ 18, 2010 9:42 pm

Re: Υπολογισμός Ορίου

#6

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ksofsa »

Καλημέρα!

Προσπάθεια διάσωσης για το κάτω φράγμα στο 2ο ερώτημα:

x_{n}\geq \sum_{k=n-a}^{n}[f(\frac{k}{n})]^n=\sum_{k=0}^{a}[f(1-\frac{k}{n})]^n.

Σταθεροποιώ το a.

Θα δείξω ότι \lim_{n\rightarrow \infty }[f(1-\frac{k}{n})]^n=e^{-kf'(1)}\Leftrightarrow \lim_{n\rightarrow \infty }nlnf(1-\frac{k}{n})=-kf'(1)\Leftrightarrow

\lim_{n\rightarrow \infty }ng(1-\frac{k}{n})=-kg'(1)

\lim_{n\rightarrow \infty }\frac{g(1-\frac{k}{n})-g(1)}{(1-\frac{k}{n})-1}=g'(1), που ισχύει.

Το a μπορεί να πάρει απεριόριστα μεγάλες τιμές , καθώς μεγαλώνει το n, ώστε το \frac{a}{n} να είναι όσο θέλουμε κοντά στο 0.

Τελικά \lim_{n\rightarrow \infty }x_{n}\geq \lim_{n\rightarrow \infty }\sum_{k=0}^{a}[f(1-\frac{k}{n})]^n=\sum_{k=0}^{a}e^{-kf'(1)}

κι επειδή το a μπορεί να πάρει όσο μεγάλη τιμή θέλουμε , έχω ότι

\lim_{n\rightarrow \infty }x_{n}\geq \sum_{k=0}^{\infty }e^{-kf'(1)}= \frac{1}{1-e^{-f'(1)}}.

Ελπίζω να είναι σωστό τώρα.
ksofsa
Δημοσιεύσεις: 530
Εγγραφή: Κυρ Απρ 18, 2010 9:42 pm

Re: Υπολογισμός Ορίου

#7

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ksofsa »

Σωστά για το τρίτο ερώτημα:

x_{n}\geq [f(1-\frac{1}{n})]^n

Υπάρχει αρκετά μικρό \varepsilon >0, ώστε f(1)-\epsilon =a> 1.

Υπάρχει n_{0}, ώστε για κάθε n\geq n_{0}, να είναι:

f(1-\frac{1}{n})\geq f(1)-\epsilon =a>1\Rightarrow [f(1-\frac{1}{n})]^n\geq a^n


Άρα, \lim_{n\rightarrow \infty }[f(1-\frac{1}{n})]^n=+\infty \Rightarrow \lim_{n\rightarrow \infty }x_{n}=+\infty
ksofsa
Δημοσιεύσεις: 530
Εγγραφή: Κυρ Απρ 18, 2010 9:42 pm

Re: Υπολογισμός Ορίου

#8

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ksofsa »

Η περίπτωση που f(x)=x έχει ξανασυζητηθεί στο φόρουμ, εδώ.
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 2 επισκέπτες