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数学
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类似地,可求下列极限(1)lim_(ntoinfty)((1)/(n+ln1)+(1)/(n+ln2)+...+(1)/(n+ln n));(2)lim_(ntoinfty)((e)/(e^n)+1^(2)+(e^2)/(e^n)+2^(2)+...+(e^n)/(e^n)+n^(2));(3)lim_(ntoinfty)((1)/(sqrt(n^2)+1^(2))+(1)/(sqrt(n^2)+2^(2))+...+(1)/(sqrt(n^2)+n^(2))).(4)lim_(ntoinfty)[(n)/((n+1)^2)+(n)/((n+2)^2)+...+(n)/((n+n)^2)].

类似地,可求下列极限 (1)$\lim_{n\to\infty}\left(\frac{1}{n+\ln1}+\frac{1}{n+\ln2}+\cdots+\frac{1}{n+\ln n}\right);$ (2)$\lim_{n\to\infty}\left(\frac{e}{e^{n}+1^{2}}+\frac{e^{2}}{e^{n}+2^{2}}+\cdots+\frac{e^{n}}{e^{n}+n^{2}}\right);$ (3)$\lim_{n\to\infty}\left(\frac{1}{\sqrt{n^{2}+1^{2}}}+\frac{1}{\sqrt{n^{2}+2^{2}}}+\cdots+\frac{1}{\sqrt{n^{2}+n^{2}}}\right).$ (4)$\lim_{n\to\infty}\left[\frac{n}{(n+1)^{2}}+\frac{n}{(n+2)^{2}}+\cdots+\frac{n}{(n+n)^{2}}\right].$

题目解答

答案

1. **答案:** 每项近似为 $\frac{1}{n}$,夹逼定理得极限为 $1$。 **答案:** $1$ 2. **答案:** 转换为等比数列求和,利用夹逼定理得极限。 **答案:** $\frac{e}{e-1}$ 3. **答案:** 转换为黎曼和,对应积分 $\int_0^1 \frac{1}{\sqrt{1+x^2}}dx$,计算得 $\ln(1+\sqrt{2})$。 **答案:** $\ln(1+\sqrt{2})$ 4. **答案:** 转换为黎曼和,对应积分 $\int_0^1 \frac{1}{(1+x)^2}dx$,计算得 $\frac{1}{2}$。 **答案:** $\frac{1}{2}$ \[ \boxed{ \begin{array}{ll} 1. & 1 \\ 2. & \frac{e}{e-1} \\ 3. & \ln(1 + \sqrt{2}) \\ 4. & \frac{1}{2} \\ \end{array} } \]

解析

  1. 第(1)题:考查夹逼定理的应用。当$n$很大时,$\ln k$相对于$n$可忽略,每项近似为$\frac{1}{n}$,总和趋近于$1$。
  2. 第(2)题:通过等比数列求和和夹逼定理,将分母中的$e^n$主导项分离,转化为几何级数求和。
  3. 第(3)题:转化为定积分(黎曼和),对应函数$\frac{1}{\sqrt{1+x^2}}$在$[0,1]$上的积分。
  4. 第(4)题:转化为定积分(黎曼和),对应函数$\frac{1}{(1+x)^2}$在$[0,1]$上的积分。

第(1)题

分析项的范围

当$n \to \infty$时,$\ln k \leq n$,故$n \leq n+\ln k \leq n+\ln n$,因此:
$\frac{1}{n+\ln k} \leq \frac{1}{n} \quad \text{且} \quad \frac{1}{n+\ln k} \geq \frac{1}{n+\ln n}.$

求和并应用夹逼定理

总和满足:
$\frac{n}{n+\ln n} \leq \sum_{k=1}^n \frac{1}{n+\ln k} \leq \frac{n}{n}.$
当$n \to \infty$时,$\frac{n}{n+\ln n} \to 1$,故极限为$1$。

第(2)题

变形分母

分母$e^n + k^2$中,$e^n$主导,故:
$\frac{e^k}{e^n + k^2} = \frac{e^{k-n}}{1 + k^2 e^{-n}}.$

估计上下界

当$n$足够大时,$k^2 e^{-n} \leq n^2 e^{-n} \to 0$,故:
$\frac{e^{k-n}}{1 + k^2 e^{-n}} \leq e^{k-n} \quad \text{且} \quad \frac{e^{k-n}}{1 + k^2 e^{-n}} \geq \frac{e^{k-n}}{2}.$

求和并取极限

总和为:
$\sum_{k=1}^n e^{k-n} = e^{-n} \cdot \frac{e(e^n - 1)}{e - 1} \to \frac{e}{e - 1}.$

第(3)题

转换为黎曼和

将每一项写为:
$\frac{1}{n} \cdot \frac{1}{\sqrt{1 + \left( \frac{k}{n} \right)^2}}.$
总和对应积分:
$\int_0^1 \frac{1}{\sqrt{1 + x^2}} \, dx = \ln(1 + \sqrt{2}).$

第(4)题

转换为黎曼和

将每一项变形为:
$\frac{1}{n} \cdot \frac{1}{\left(1 + \frac{k}{n}\right)^2}.$
总和对应积分:
$\int_0^1 \frac{1}{(1 + x)^2} \, dx = \frac{1}{2}.$

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