Όριο γινομένου (4)

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Όριο γινομένου (4)

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

Ας υπολογισθεί, αν υπάρχει, το όριο

\displaystyle{\lim_{n\to+\infty}\left(\prod_{k=1}^{n}(kn)^{\frac{1}{n+k}}\right)^{\frac{1}{\ln n}}}.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;

Ετικέτες:
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Όριο γινομένου (4)

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Έστω \displaystyle{{a_n} = {\left( {\prod\limits_{k = 1}^n {{{\left( {k \cdot n} \right)}^\big{{1/\left( {k + n} \right)}}}} } \right)^\big{{1/\ln \left( n \right)}}}}. Τότε \displaystyle{\ln \left( {{a_n}} \right) = \frac{1}{{\ln \left( n \right)}} \cdot \sum\limits_{k = 1}^n {\left( {\ln \left( {{{\left( {k \cdot n} \right)}^\big{{1/\left( {k + n} \right)}}}} \right)} \right)}  = \frac{1}{{\ln \left( n \right)}} \cdot \sum\limits_{k = 1}^n {\left( {\frac{{\ln \left( {k \cdot n} \right)}}{{k + n}}} \right)}  = \frac{1}{{\ln \left( n \right)}} \cdot \sum\limits_{k = 1}^n {\left( {\frac{{\ln \left( k \right) + \ln \left( n \right)}}{{k + n}}} \right)}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{{\ln \left( n \right)}} \cdot \left( {\frac{{\ln \left( 1 \right)}}{{1 + n}} + \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{2 + n}} + {\text{ }}..{\text{ }} + \frac{{\ln \left( n \right)}}{{n + n}} + \ln \left( n \right) \cdot \left( {\frac{1}{{1 + n}} + \frac{1}{{2 + n}} + {\text{ }}..{\text{ }} + \frac{1}{{n + n}}} \right)} \right) = }

\displaystyle{ = \frac{1}{{1 + n}} + \frac{1}{{2 + n}} + {\text{ }}..{\text{ }} + \frac{1}{{n + n}} + \frac{1}{{\ln \left( n \right)}} \cdot \left( {\frac{{\ln \left( 1 \right)}}{{1 + n}} + \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{2 + n}} + {\text{ }}..{\text{ }} + \frac{{\ln \left( n \right)}}{{n + n}}} \right) = \sum\limits_{k = 1}^n {\frac{1}{{n + k}}}  + \frac{1}{n} \cdot \sum\limits_{k = 1}^n {\left( {\frac{{\ln \left( {\dfrac{k}{n}} \right)}}{{1 + \dfrac{k}{n}}}} \right)} }. Η τελευταία ισότητα δεν ισχύει :(

Όμως \displaystyle{\mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } \left( {\sum\limits_{k = 1}^\infty  {\left( {\frac{1}{k}} \right) - } \ln \left( n \right)} \right) = \gamma  = 0.5772...}, (σταθερά Euler–Mascheroni), δηλαδή αν ορίσουμε \displaystyle{{\gamma _n} = \sum\limits_{k = 1}^n {\left( {\frac{1}{k}} \right)}  - \ln \left( n \right)}, έχουμε \displaystyle{0 < \gamma  < 1}, και

\displaystyle{\mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } {\gamma _n} = \mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } {\gamma _{2 \cdot n}} = \gamma  = 0.5772...}

Έχουμε \displaystyle{\sum\limits_{k = 1}^n {\frac{1}{{n + k}}}  = \sum\limits_{k = 1}^{2 \cdot n} {\left( {\frac{1}{k}} \right)}  - \sum\limits_{k = 1}^n {\left( {\frac{1}{k}} \right)}  = \left( {{\gamma _{2 \cdot n}} + \ln \left( {2 \cdot n} \right)} \right) - \left( {{\gamma _n} + \ln \left( n \right)} \right) = \left( {{\gamma _{2 \cdot n}} - {\gamma _n}} \right) + \ln \left( {\frac{{2.n}}{n}} \right) = \left( {{\gamma _{2 \cdot n}} - {\gamma _n}} \right) + \ln \left( 2 \right)}

που σημαίνει \displaystyle{\mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } \left( {\sum\limits_{k = 1}^n {\frac{1}{{n + k}}} } \right) = \ln \left( 2 \right) + \mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } \left( {{\gamma _{2 \cdot n}} - {\gamma _n}} \right) = \ln \left( 2 \right)}

και το άθροισμα \displaystyle{\frac{1}{n} \cdot \sum\limits_{k = 1}^n {\left( {\frac{{\ln \left( {\dfrac{k}{n}} \right)}}{{1 + \dfrac{k}{n}}}} \right)} } είναι το άθροισμα Riemann της συνάρτησης \displaystyle{f\left( x \right) = \frac{{\ln \left( x \right)}}{{x + 1}}}, στο διάστημα \displaystyle{\left[ {0,1} \right]}, επόμένως \displaystyle{\mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } \left( {\frac{1}{n} \cdot \sum\limits_{k = 1}^n {\left( {\frac{{\ln \left( {\dfrac{k}{n}} \right)}}{{1 + \dfrac{k}{n}}}} \right)} } \right) = \int\limits_0^1 {\frac{{\ln \left( x \right)}}{{x + 1}} \cdot dx} }

Ισχύει

\displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{{\ln \left( x \right)}}{{x + 1}} \cdot dx}  = \int\limits_0^1 {\ln \left( x \right) \cdot \sum\limits_{k = 0}^\infty  {{{\left( { - 1} \right)}^k} \cdot {x^k}}  \cdot dx}  = \sum\limits_{k = 0}^\infty  {{{\left( { - 1} \right)}^k} \cdot \int\limits_0^1 {\ln \left( x \right) \cdot {x^k} \cdot dx} } }

\displaystyle{\int\limits_0^1 {\ln \left( x \right) \cdot {x^k} \cdot dx}  = \frac{1}{{k + 1}} \cdot \left[ {\ln \left( x \right) \cdot {x^k}} \right]_0^1 - \frac{1}{{k + 1}} \cdot \int\limits_0^1 {{x^k} \cdot dx}  =  - \frac{1}{{{{\left( {k + 1} \right)}^2}}}}

Άρα \displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{{\ln \left( x \right)}}{{x + 1}} \cdot dx}  = \int\limits_0^1 {\ln \left( x \right) \cdot \sum\limits_{k = 0}^\infty  {{{\left( { - 1} \right)}^k} \cdot {x^k}}  \cdot dx}  =  - \sum\limits_{k = 0}^\infty  {{{\left( { - 1} \right)}^k} \cdot \frac{1}{{{{\left( {k + 1} \right)}^2}}}}  =  - \left( {1 - \frac{1}{{{2^2}}} + \frac{1}{{{3^2}}} - } \right) = }

\displaystyle{ =  - \left( {1 + \frac{1}{{{2^2}}} + \frac{1}{{{3^2}}} + } \right) + \frac{1}{4} \cdot \left( {1 + \frac{1}{{{2^2}}} + \frac{1}{{{3^2}}} + } \right) =  - \frac{3}{4} \cdot \zeta \left( 2 \right) =  - \frac{{{\pi ^2}}}{8}}

Τελικά \displaystyle{\mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } \left( {\ln \left( {{a_n}} \right)} \right) = \ln \left( 2 \right) - \frac{{{\pi ^2}}}{8} = \ln \left( {2 \cdot {e^{ - \big{{\pi ^2}/8}}}} \right) \Rightarrow \mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } {\left( {\prod\limits_{k = 1}^n {{{\left( {k \cdot n} \right)}^\big{{1/\left( {k + n} \right)}}}} } \right)^\big{{1/\ln \left( n \right)}}} = 2 \cdot {e^{ - \dfrac{{{\pi ^2}}}{8}}}}

Αναστάση πανέμορφο, ελπίζω να μην έχω κανένα αριθμητικό λάθος.
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος Σεραφείμ την Σάβ Οκτ 16, 2010 4:29 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Όριο γινομένου (4)

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

Βρίσκω άλλο αποτέλεσμα :

\displaystyle{\Big(\prod_{k=1}^{n}(kn)^{1/(k+n)}\Big)^{1/ln n}=e^{An}} με

\displaystyle{A_{n}=\frac{1}{\ln n}\sum_{k=1}^{n}\frac{1}{n+k}\ln (kn)=\frac{1}{\ln n}\sum_{k=1}^{n}\frac{1}{n+k}\ln (\frac{kn^{2}}{n})=\frac{1}{\ln n}\sum_{k=1}^{n}\Big(\frac{1}{n+k}\ln\frac{k}{n}+\frac{2}{n+k}\ln n\Big)=}

\displaystyle{\frac{1}{n \ln n}\sum_{k=1}^{n}\Big(\frac{1}{1+k/n}\ln\frac{k}{n}+\frac{2}{1+k/n}\ln n\Big)=\frac{1}{\ln n}\cdot\Big(\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}\frac{1}{1+k/n}\ln\frac{k}{n}\Big)+2\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}\frac{1}{1+k/n}\to0\cdot\int_{0}^{1}\frac{\ln x}{1+x}\,dx+2\int_{0}^{1}\frac{1}{1+x}\,dx=\ln 4}

άρα το ζητούμενο όριο είναι \displaystyle{4}.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Όριο γινομένου (4)

#4

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Χμ ... :oops: όντως .. σύμφωνα με τις τελευταίες επιστημονικές ανακαλύψεις .. \displaystyle{\frac{{\ln \left( k \right)}}{{\ln \left( n \right)}} \ne \ln \left( {\frac{k}{n}} \right)} :lol: :lol: :lol: .. και μου άρεσε το αποτέλεσμα .. :lol: :lol: :lol:

Ας είναι .. την αφήνω προς γνώση και συμμόρφωση ..


Μένει τουλάχιστον ο υπολογισμός ότι \displaystyle{\int_{0}^{1}\frac{\ln x}{1+x}\,dx= - \frac{{{\pi ^2}}}{{12}}}, επομένως συγκλίνει
Σεραφείμ Τσιπέλης
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 1 επισκέπτης