Novo

Forum kao aplikacija na telefonu

Dodajte forum na početni ekran i koristite ga kao aplikaciju, sa menijem na dnu ekrana.

  • 6 odgovora
  • 3.217 pregleda

Najnovija ↓

Limes...malo tezi.... 01.11.2010. u 19:24 · pre 194 meseca #1


ispred sume mogu izvuci 1/n^p, onda mogu da stavim da suma ide od k=0 do p, ispred jos da izvucem 1/p+1.... i kuda dalje.... znam da je rezultat je 1/2
ako moze neko da objasni, bio bih veoma zahvalan ;)
Re: Limes...malo tezi.... 01.11.2010. u 23:52 · pre 194 meseca
izmenjeno 1 put, poslednji put Nedeljko 02.11.2010. u 17:02
  1. Nedeljko02.11.2010. u 17:02zapis iz teksta poruke
#3
Za p=-1 limes nema smisla.

Prvo primetimo da je

\lim_{n\rightarrow+\infty}\sum_{k=1}^n\frac{k^p}{n^{p+1}}=\lim_{n\rightarrow+\infty}\sum_{k=1}^n\frac 1n\left(\frac kn\right)^p=\int_0^1x^p\,dx=\left\{
\begin{array}{ll}
\frac 1{p+1}, & p>-1,
\vspace{0.5em}\\
+\infty & p\leq-1.
\end{array}
\right..

Odatle zaključujemo da za p<-1 važi

\lim_{n\rightarrow+\infty}\left(\sum_{k=1}^n\left(\frac kn\right)^p-\frac n{p+1}\right)=\lim_{n\rightarrow+\infty}n\left(\sum_{k=1}^n\frac{k^p}{n^{p+1}}-\frac 1{p+1}\right)=+\infty.

Takođe, odatle sledi da je za p>-1 ispunjeno

\sum_{k=1}^nk^p\sim\frac{n^{p+1}}{p+1},\quad n\rightarrow+\infty,

a samim tim i

\sum_{k=1}^nk^p=O(n^{p+1}),\quad n\rightarrow+\infty.

Neka je p>-1 i

a_n=\sum_{k=1}^nk^p-\frac{n^{p+1}}{p+1}-Cn^p.

Važi

a_n-a_{n-1}=n^p-\frac{n^{p+1}-(n-1)^{p+1}}{p+1}-C(n^p-(n-1)^p)=n^p-\frac{n^{p+1}}{p+1}\left(1-\left(1-\frac 1n\right)^{p+1}\right)-Cn^p\left(1-\left(1-\frac 1n\right)^p\right).

Na osnovu Tejlorove formule zaključujemo da je

a_n-a_{n-1}=n^p-\frac{n^{p+1}}{p+1}\left(\frac{p+1}n-\frac{p(p+1)}{2n^2}+O(n^{-3})\right)-Cn^p\left(\frac pn+O(n^{-2})\right),

odnosno,

a_n-a_{n-1}=n^{p-1}(1/2-C)p+O(n^{p-2}).

Za C=\frac 12 je

a_n-a_{n-1}=O(n^{p-2}).

Odavde se zaključuje da je za p>1 ispunjeno

a_n=a_1+\sum_{k=2}^n(a_k-a_{k-1})=a_1+O(n^{p-1})=O(n^{p-1}),

a samim tim i a_n=o(n^p).

Za -1<p<1, zbog konvergencije reda \sum_{n=2}^{+\infty}(a_n-a_{n-1}), koji se svodi na niz a_1-a_n, niz a_n takođe konvergira. Odatle sledi da je a_n=O(1), a samim tim i a_n=o(n^p) za 0<p<1. Za p=1 je očigledno a_n=0, pa a_n=o(n^p) važi za svep>0. Stoga za p>0 važi

\sum_{k=1}^n\left(\frac kn\right)^p-\frac n{p+1}=\frac 12+o(1),

pa je traženi limes jednak 1/2 za sve p>0.

Za p=0 traženi limes je očigledno jednak 0.

Ostalo je još da se uradi za -1<p<0.
Potpis
Nije bitno koji su zaključci izvučeni, već kako se do njih došlo.
Re: Limes...malo tezi.... 02.11.2010. u 01:14 · pre 194 meseca
izmenjeno 1 put, poslednji put Nedeljko 02.11.2010. u 17:21
  1. Nedeljko02.11.2010. u 17:21zapis iz teksta poruke
#4
OK, odredimo ga za -1<p<0.

Neka je

b_n=\sum_{k=1}^nk^p-\frac{n^{p+1}}{p+1}.

Očigledno je b_1=\frac p{p+1}<0. Dokažimo da je ovaj niz opadajući. Zaista,

b_n-b_{n-1}=n^p+\frac{n^{p+1}-(n-1)^{p+1}}{p+1}=n^{p+1}\left(\frac 1n-\frac{1-\left(1-\frac 1n\right)^{p+1}}{p+1}\right)=n^{p+1}(f(0)-f(p))=-pn^{p+1}f'(c)

za f(x)=\frac{1-\left(1-\frac 1n\right)^{x+1}}{x+1} i p<c<0. Dakle, dovoljno je da dokažemo da je f'(x)<0 za -1<x<0.

f'(x)=-\frac{1+\left(1-\frac 1n\right)^{x+1}\left((x+1)\ln\left(1-\frac 1n\right)-1\right)}{(x+1)^2}.

Dovoljno je dokazati da je brojilac pozitivan. On je oblika g(a) za a=\left(1-\frac 1n\right)^{x+1} i g(t)=1+t(\ln t-1). Diferenciranjem se dobija da funkcija g dostiže minimum u tački 1, pa je g(a)>g(1)=0.

Dakle, niz b_n je opadajući, pa je b_n\leq b_1=\frac p{p+1}<0. Odatle sledi da je

\sum_{k=1}^n\left(\frac kn\right)^p-\frac n{p+1}\leq\frac p{p+1}n^{-p},

pa je traženi limes jednak -\infty.
Potpis
Nije bitno koji su zaključci izvučeni, već kako se do njih došlo.
Re: Limes...malo tezi.... 02.11.2010. u 07:39 · pre 194 meseca #5
zahvaljujem....

@different
radio sam preko stoltza i rezultat je -beskonacno....;)

Re: Limes...malo tezi.... 02.11.2010. u 19:52 · pre 194 meseca #6
Evo jednostavnijeg rešenja za slučaj kada je p\in N.

Neka je S_p(n)=\sum_{k=1}^nk^p. Iz

\sum_{k=1}^n(k^{p+1}-(k-1)^{p+1})=n^{p+1},

odnosno

\sum_{k=1}^n\sum_{l=0}^p{p+1\choose l}(-1)^{l+p}k^l=n^{p+1},

(p+1)S_p(n)+\sum_{l=0}^{p-1}{p+1\choose l}(-1)^{l+p}k^l=n^{p+1}.

Odavde sledi rekurentna formula

S_p(n)=\frac{n^{p+1}+\sum_{l=0}^{p-1}{p+1\choose l}(-1)^{p+l+1}S_l(n)}{p+1}.

Indukcijom se lako dokazuje da je S_p(n) polinom stepena p+1. Iz gornje formule sledi da je S_p(n)=\frac{n^{p+1}}{p+1}+O(n^p). Odatle i iz rekurentne formule sledi da je

S_p(n)=\frac{n^{p+1}}{p+1}+\frac{n^p}2+O(n^{p-1}),

odakle sledi da je traženi limes jednak 1/2.
Potpis
Nije bitno koji su zaključci izvučeni, već kako se do njih došlo.
Re: Limes...malo tezi.... 02.11.2010. u 20:43 · pre 194 meseca
izmenjeno 1 put, poslednji put Nedeljko 04.11.2010. u 14:03
  1. Nedeljko04.11.2010. u 14:03zapis iz teksta poruke
#7
Evo rešenja primenom Štolcovog stava za p>0.

L=\lim_{n\rightarrow+\infty}\left(\sum_{k=1}^n\left(\frac kn\right)^p-\frac n{p+1}\right)=\lim_{n\rightarrow+\infty}\frac{\sum_{k=1}^nk^p-\frac{n^{p+1}}{p+1}}{n^p}

uslov za primenu Štolcovog stava je da imenilac strogo monotono teži beskonačnosti, što se kod nas svodi na p>0.

L=\lim_{n\rightarrow+\infty}\frac{n^p-\frac{n^{p+1}-(n-1)^{p+1}}{p+1}}{n^p-(n-1)^p}.

Obzirom da je

\frac{n^p-\frac{n^{p+1}-(n-1)^{p+1}}{p+1}}{n^p-(n-1)^p}=\frac{1-\frac n{p+1}\left(1-\left(1-\frac 1n\right)^{p+1}\right)}{1-\left(1-\frac 1n\right)^p}=\frac{1-\frac n{p+1}\left(\frac{p+1}n-\frac{p(p+1)}{2n^2}+O(n^{-3})\right)}{\frac pn+O(n^{-2})}=\frac{\frac p2+O(n^{-1})}{p+O(n^{-1})},

zaključujemo da je L=\frac 12.
Potpis
Nije bitno koji su zaključci izvučeni, već kako se do njih došlo.
Prijavite se da biste odgovorili u ovoj temi.PrijavaRegistracija

Premeštanje teme