[数Ⅲ]区分求積法の計算(その2)

問題〔(4)電気通信大2020年〕[目標10分]

(1) \(\displaystyle\lim\limits_{n\to\infty}\lbrace\frac{n}{(n+1)^2}+\frac{n}{(n+2)^2}+・・・+\frac{n}{(n+n)^2}\rbrace\)

(画面サイズによって式がスワイプできます↑)

(2) \(\displaystyle\lim\limits_{n\to\infty}(\frac{1}{n}+\frac{1}{n+1}+\frac{1}{n+2}+・・・+\frac{1}{2n-1})\)

(画面サイズによって式がスワイプできます↑)

(3) \(\displaystyle\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{k=1}^{2n}\log(\frac{k}{n})^\frac{1}{n}\)

(4) \(\displaystyle\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{k=n+1}^{2n}\frac{n}{k^2+3kn+2n^2}\)

【解答】

(1) \(\displaystyle\lim\limits_{n\to\infty}\lbrace\frac{n}{(n+1)^2}+\frac{n}{(n+2)^2}+・・・+\frac{n}{(n+n)^2}\rbrace\)

\(\displaystyle=\lim\limits_{n\to\infty}\frac{1}{n}\lbrace\frac{n^2}{(n+1)^2}+\frac{n^2}{(n+2)^2}+・・・\frac{n^2}{(n+n)^2}\rbrace\)

\(\displaystyle=\lim\limits_{n\to\infty}\frac{1}{n}\lbrace(\frac{1}{1+\frac{1}{n}})^2+(\frac{1}{1+\frac{2}{n}})^2+・・・+(\frac{1}{1+\frac{n}{n}})^2\rbrace\)

\(\displaystyle=\lim\limits_{n\to\infty}\frac{1}{n}\sum\limits_{k=1}^n\frac{1}{(1+\frac{k}{n})^2}\)

\(\displaystyle=\int_{0}^{1}\frac{1}{(1+x)^2}dx\)

\(\displaystyle=\int_{0}^{1}(1+x)^{-2}dx\)

\(\displaystyle=\left[-(1+x)^{-1}\right]_{0}^{1}\)

\(\displaystyle=\frac{1}{2}\)

(2)\(\displaystyle\lim\limits_{n\to\infty}(\frac{1}{n}+\frac{1}{n+1}+\frac{1}{n+2}+・・・+\frac{1}{2n-1})\)

\(\displaystyle=\lim\limits_{n\to\infty}(\frac{1}{n}+\frac{1}{n+1}+\frac{1}{n+2}+・・・+\frac{1}{n+(n-1)})\)

\(\displaystyle2n-1\)を\(\displaystyle n+(n-1)\)と見られるかがポイントだよ

\(\displaystyle=\lim\limits_{n\to\infty}\frac{1}{n}\lbrace1+\frac{1}{1+\frac{1}{n}}+\frac{1}{1+\frac{2}{n}}+・・・+\frac{1}{1+\frac{n-1}{n}}\rbrace\)

\(\displaystyle\lim\limits_{n\to\infty}\frac{1}{n}\sum\limits_{k=0}^{n-1}\frac{1}{(1+\frac{k}{n})}\)

\(\displaystyle=\int_{0}^{1}\frac{1}{1+x}dx\)

\(\displaystyle=\left[\log|1+x|\right]_{0}^{1}\)

\(\displaystyle=\log2\)

(3) \(\displaystyle\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{k=1}^{2n}\log(\frac{k}{n})^\frac{1}{n}\)

\(\displaystyle=\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{k=1}^{2n}\frac{1}{n}\log(\frac{k}{n})\)

\(\displaystyle=\int_{0}^{2}\log{x}dx\)

\(\displaystyle=\left[x\log{x}-x\right]_{0}^{2}\)

\(\displaystyle=2\log{2}-2\)

(4) \(\displaystyle\lim\limits_{n\to\infty}\frac{1}{n}\sum\limits_{k=n+1}^{2n}\frac{n}{k^2+3kn+2n^2}\)

\(\displaystyle=\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{k=n+1}^{2n}(\frac{1}{k+n}-\frac{1}{k+2n})\)

\(\displaystyle=\lim\limits_{n\to\infty}\frac{1}{n}\sum\limits_{k=n+1}^{2n}(\frac{1}{\frac{k}{n}+1}-\frac{1}{\frac{k}{n}+2})\)

\(\displaystyle=\int_{1}^{2}(\frac{1}{x+1}-\frac{1}{x+2})dx\)

\(\displaystyle=\left[\log|x+1|-\log|x+2|\right]_{1}^{2}\)

\(\displaystyle=2\log3-\log2\)

まとめ

区分求積法の計算は,シグマの上端と下端が常に\(\displaystyle k=1からn\)とは限りません.

しっかり演習しておきましょう!

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この記事を書いた人

数学講師10年以上。大学入試、高校数学問題の「練習」によければつかってください!記事中の間違え、計算ミスやわかりにくい所はお問い合わせからご指摘いただければ幸いです。お気軽にご連絡ください。

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