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证明Xn=1+1/2+1/3+...+1/n无界

更新时间:2024-04-28 07:50:32
问题描述:

证明Xn=1+1/2+1/3+...+1/n无界

方宗德回答:

  (这其实是个调和级数!)S=1+1/2+1/3+……是发散的,证明如下:

  由于ln(1+1/n)ln(1+1)+ln(1+1/2)+ln(1+1/3)+…+ln(1+1/n)

  =ln2+ln(3/2)+ln(4/3)+…+ln[(n+1)/n]

  =ln[2*3/2*4/3*…*(n+1)/n]=ln(n+1)

  由于

  limSn(n→∞)≥limln(n+1)(n→∞)=+∞

  所以Sn的极限不存在,调和级数发散.

  但极限S=lim[1+1/2+1/3+…+1/n-ln(n)](n→∞)却存在,因为

  Sn=1+1/2+1/3+…+1/n-ln(n)>ln(1+1)+ln(1+1/2)+ln(1+1/3)+…+ln(1+1/n)-ln(n)

  =ln(n+1)-ln(n)=ln(1+1/n)

  由于

  limSn(n→∞)≥limln(1+1/n)(n→∞)=0

  因此Sn有下界

  而

  Sn-S(n+1)=1+1/2+1/3+…+1/n-ln(n)-[1+1/2+1/3+…+1/(n+1)-ln(n+1)]

  =ln(n+1)-ln(n)-1/(n+1)=ln(1+1/n)-1/(n+1)>ln(1+1/n)-1/n>0

  所以Sn单调递减.由单调有界数列极限定理,可知Sn必有极限,因此

  S=lim[1+1/2+1/3+…+1/n-ln(n)](n→∞)存在.

  于是设这个数为γ,这个数就叫作欧拉常数,他的近似值约为0.57721566490153286060651209,目前还不知道它是有理数还是无理数.在微积分学中,欧拉常数γ有许多应用,如求某些数列的极限,某些收敛数项级数的和等.例如求lim[1/(n+1)+1/(n+2)+…+1/(n+n)](n→∞),可以这样做:

  lim[1/(n+1)+1/(n+2)+…+1/(n+n)](n→∞)=lim[1+1/2+1/3+…+1/(n+n)-ln(n+n)](n→∞)-lim[1+1/2+1/3+…+1/n-ln(n)](n→∞)+lim[ln(n+n)-ln(n)](n→∞)=γ-γ+ln2=ln2

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