题目
求极限lim_(ntoinfty)(sqrt[n]((n+1)(n+2)...(n+n)))/(n).
求极限$\lim_{n\to\infty}\frac{\sqrt[n]{(n+1)(n+2)\cdots(n+n)}}{n}.$
题目解答
答案
为了求极限 $\lim_{n\to\infty}\frac{\sqrt[n]{(n+1)(n+2)\cdots(n+n)}}{n}$,我们首先设 $a_n = \frac{\sqrt[n]{(n+1)(n+2)\cdots(n+n)}}{n}$。我们需要找到 $\lim_{n\to\infty} a_n$。
首先,我们对 $a_n$ 取自然对数:
\[
\ln a_n = \ln \left( \frac{\sqrt[n]{(n+1)(n+2)\cdots(n+n)}}{n} \right) = \ln \left( \sqrt[n]{(n+1)(n+2)\cdots(n+n)} \right) - \ln n = \frac{1}{n} \ln \left( (n+1)(n+2)\cdots(n+n) \right) - \ln n.
\]
接下来,我们使用对数的性质将乘积转换为和:
\[
\ln \left( (n+1)(n+2)\cdots(n+n) \right) = \sum_{k=1}^n \ln (n+k).
\]
因此,我们有:
\[
\ln a_n = \frac{1}{n} \sum_{k=1}^n \ln (n+k) - \ln n = \frac{1}{n} \sum_{k=1}^n \ln \left( \frac{n+k}{n} \right) = \frac{1}{n} \sum_{k=1}^n \ln \left( 1 + \frac{k}{n} \right).
\]
当 $n \to \infty$ 时,和 $\frac{1}{n} \sum_{k=1}^n \ln \left( 1 + \frac{k}{n} \right)$ 成为函数 $\ln (1+x)$ 在区间 $[0,1]$ 上的定积分:
\[
\lim_{n\to\infty} \ln a_n = \int_0^1 \ln (1+x) \, dx.
\]
为了计算这个积分,我们使用分部积分法。设 $u = \ln (1+x)$ 和 $dv = dx$。那么 $du = \frac{1}{1+x} \, dx$ 和 $v = x$。使用分部积分公式 $\int u \, dv = uv - \int v \, du$,我们得到:
\[
\int_0^1 \ln (1+x) \, dx = \left[ x \ln (1+x) \right]_0^1 - \int_0^1 \frac{x}{1+x} \, dx.
\]
计算第一项,我们有:
\[
\left[ x \ln (1+x) \right]_0^1 = 1 \cdot \ln 2 - 0 \cdot \ln 1 = \ln 2.
\]
对于第二项,我们使用恒等式 $\frac{x}{1+x} = 1 - \frac{1}{1+x}$:
\[
\int_0^1 \frac{x}{1+x} \, dx = \int_0^1 \left( 1 - \frac{1}{1+x} \right) \, dx = \int_0^1 1 \, dx - \int_0^1 \frac{1}{1+x} \, dx = \left[ x \right]_0^1 - \left[ \ln (1+x) \right]_0^1 = 1 - \ln 2.
\]
因此,我们有:
\[
\int_0^1 \ln (1+x) \, dx = \ln 2 - (1 - \ln 2) = 2 \ln 2 - 1 = \ln 4 - 1 = \ln \left( \frac{4}{e} \right).
\]
由于 $\lim_{n\to\infty} \ln a_n = \ln \left( \frac{4}{e} \right)$,可以得出:
\[
\lim_{n\to\infty} a_n = \frac{4}{e}.
\]
因此,极限是:
\[
\boxed{\frac{4}{e}}.
\]