寻找更精细无穷大量的方法

问题:
寻找序列ana_nan使得下式成立:
nanexp⁡(−an22)→1,n→∞.\frac{n}{a_n}\exp(-\frac{a_n^2}{2})\to 1,\quad n\to\infty.annexp(2an2)1,n.
求解及分析:
一般来说我们会想到利用等价量,但是这里的exp⁡(−an22)\exp(-\frac{a_n^2}{2})exp(2an2)是不能展开的,因为分析知ana_nan是个无穷大量,展开后我们获得的是一个无穷次的等价多项式,是没有意义的。不过仍然利用“抓大头”的想法,这里的无穷大量是nnn,而无穷小量是exp⁡(−an22)\exp(-\frac{a_n^2}{2})exp(2an2)(相比1an\frac{1}{a_n}an1,更快地趋于0).于是我们希望大头相等:
nexp⁡(−an22)=1,n\exp(-\frac{a_n^2}{2})=1,nexp(2an2)=1,
可得:
an=2ln⁡n,a_n=\sqrt{2\ln n},an=2lnn,
但这是“大头”,还需要一个小头来平衡分母中的ana_nan,于是令an=2ln⁡n−bna_n=\sqrt{2\ln n}-b_nan=2lnnbn,其中需要bnb_nbn2ln⁡n\sqrt{2\ln n}2lnn的低阶量,替代上式中的ana_nan得到:
n2ln⁡n−bnexp⁡(−(2ln⁡n−bn)22)∼12ln⁡n−bnexp⁡(bn2ln⁡n)\frac{n}{\sqrt{2\ln n}-b_n}\exp\left(-\frac{(\sqrt{2\ln n}-b_n)^2}{2}\right)\sim\frac{1}{\sqrt{2\ln n}-b_n}\exp\left(b_n\sqrt{2\ln n}\right)2lnnbnnexp(2(2lnnbn)2)2lnnbn1exp(bn2lnn)
∼12ln⁡nexp⁡(bn2ln⁡n)\sim\frac{1}{\sqrt{2\ln n}}\exp\left(b_n\sqrt{2\ln n}\right)2lnn1exp(bn2lnn)
令上式等1,可得:
bn=ln⁡2ln⁡n2ln⁡n,b_n=\frac{\ln \sqrt{2\ln n}}{\sqrt{2\ln n}},bn=2lnnln2lnn,
最终得到:
an=2ln⁡n−ln⁡2ln⁡n2ln⁡n.a_n=\sqrt{2\ln n}-\frac{\ln \sqrt{2\ln n}}{\sqrt{2\ln n}}.an=2lnn2lnnln2lnn.

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