无穷项和求极限(定积分)

本文通过分析一个具体的极限问题,展示了如何利用定积分来求解无穷项的极限,具体步骤包括识别项的齐次性,提取n的因子,转化为定积分形式,并最终计算得出极限值为ln2。

题目1:求 lim⁡n→+∞1n+1+1n+2+⋯+1n+n\lim_{n \rightarrow +\infin} \frac{1}{n + 1} + \frac{1}{n + 2} + \cdots + \frac{1}{n + n}limn+n+11+n+21++n+n1

分析:

这道题首先找每一项的差别,发现分母的差别项是分母的最高次项,所以这道题没法用夹逼准则。观察发现这道题分子是所有项都是齐次的,分母所有项也是齐次的,并且分母所有项的次数比分子的次数多1次,那么很明显,应该提出一个 1n\frac{1}{n}n1,然后凑成一个 ∑f(in)\sum f(\frac{i}{n})f(ni) 的形式,之后应用以下公式即可求解:

lim⁡n→+∞1n∑i=1nf(in)=∫ 01f(x)dx\lim_{n \rightarrow +\infin} \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n}f(\frac{i}{n})=\int_{~0}^{1}f(x)dxlimn+n1i=1nf(ni)= 01f(x)dx,其中令 x=inx=\frac{i}{n}x=ni

答案:

lim⁡n→+∞1n+1+1n+2+⋯+1n+n\quad \lim_{n \rightarrow +\infin} \frac{1}{n + 1} + \frac{1}{n + 2} + \cdots + \frac{1}{n + n}limn+n+11+n+21++n+n1

=lim⁡n→+∞1n∑i=1n11+in=\lim_{n \rightarrow+\infin} \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{1+\frac{i}{n}}=limn+n1i=1n1+ni1

=∫ 0111+xdx=\int_{~0}^{1} \frac{1}{1+x}dx= 011+x1dx

=ln1+x∣01=ln1+x|_{0}^{1}=ln1+x01

=ln2=ln2=ln2

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