Matematyka na studiach i w szkole średniej

Granice ciągu z sumą kwadratów lub sumą sześcianów

27 stycznia 2012 przez Krystian Karczyński Zostaw komentarz

W granicach ciągów bywa czasami tak:

a czasami nawet tak:

${lim}under{n{right}infty}{1+2^3+3^3+...+n^3}/n^4$

Co wtedy?

Odpowiedź jest prosta:

wzory na sumę kwadratów i na sumę sześcianów kolejnych liczb naturalnych.

Szły one tak:

$1^2+2^2+3^2+...+n^2={n(n+1)(2n+1)}/6$

Wzory – jak to wzory – do wyuczenia na pamięć. O ile miałeś podobne przykłady i ich rzeczywiście potrzebujesz.

Znając wzorki policzenie naszych granic staje się banalne:

${lim}under{n{right}infty}{1+2^2+3^2+...+n^2}/n^3={lim}under{n{right}infty}{{n(n+1)(2n+1)}/6}/n^3={lim}under{n{right}infty}{n(n+1)(2n+1)}/{6n^3}=$

$={lim}under{n{right}infty}{n*n(1+1/n)n(2+1/n)}/{6n^3}=2/6=1/3$

Kolejna granica:

${lim}under{n{right}infty}{1+2^3+3^3+...+n^3}/n^4={lim}under{n{right}infty}(n(n+1)/2)^2/n^4={lim}under{n{right}infty}{{n^2}(n+1)^2/4}/n^4=$

${lim}under{n{right}infty}{{n^2}{{n^2}(1+1/n)^2}/4}/n^4=1/4$

Dowody indukcyjne dla wzorów

Prawdziwości wzorów można dosyć łatwo dowieść indukcyjne (przynajmniej jeszcze parenaście lat temu był to zupełny standard w szkole średniej). Zrobię to dla wzoru:

1. $1^2+2^2+3^2+...+n^2={n(n+1)(2n+1)}/6$

1 Krok indukcyjny

Sprawdzamy prawdziwość wzoru dla n=1:

$1^2={1(1+1)(2*1+1)}/6$

Zgadza się

2 Krok indukcyjny

Przyjmujemy założenie, że dla pewnego naturalnego n:

$1^2+2^2+3^2+...+n^2={n(n+1)(2n+1)}/6$

3 Krok indukcyjny

Wykazujemy tezę (korzystając z przyjętego założenia), że dla n+1 wzór także zachodzi, tzn:

$1^2+2^2+3^2+...+n^2+(n+1)^2={(n+1)(n+1+1)(2(n+1)+1)}/6$

Po lewej stronie zamiast wstawiam formułę z założenia, po prawej po prostu porządkuję:

${n(n+1)(2n+1)}/6+(n+1)^2={(n+1)(n+2)(2n+3)}/6$

I dalej zamiast smarować na siłę działam trochę subtelniej:

${n(n+1)(2n+1)}/6+(n+1)^2={(n+1)(n+2)(2n+3)}/6$ /

/:

Czyli teza wykazana. Wzór wykazany indukcyjnie.

Was zapraszam do indukcyjnego wykazania drugiego wzoru, na sumę sześcianów:

Dołącz do ponad 7 200 użytkowników na Akademii eTrapez

Zarejestruj darmowe konto i uzyskaj natychmiastowy dostęp do 21 Lekcji Video.
Poznaj podstawy matematyczne na studiach. Za darmo. We własnym domu.

Zarejestruj darmowe konto

Dodaj komentarz Anuluj pisanie odpowiedzi