10 votos

Función de límite horrible envolving piso

Que <span class="math-container">$x\in [0,1]$</span>y <span class="math-container">$\ell\in\mathbb{Z}$</span> <span class="math-container">$\tau>0$</span>. Quiero calcular <span class="math-container">$$\lim{L\to\infty}\sum{k=0}^{\lfloor \tau L^2\rfloor}\frac{1}{2^{\lfloor \tau L^2\rfloor}}\binom{\lfloor \tau L^2\rfloor}{k}\cos\left(2\pi \ell\frac{\lfloor xL\rfloor-\lfloor \tau L^2\rfloor+2k}{L}\right).$ $</span>

Creo que el resultado es <span class="math-container">$\exp(-2\pi^2\ell^2\tau)\cos(2\pi\ell x)$</span> pero no tengo ni idea de cómo probarlo.

He intentado calcular el binomio con aproximación de Stirling, pero sin éxito.

10voto

Will Fisher Puntos 721

Estás en lo correcto. Tenemos que $$\begin{aligned} & \sum_{k=0}^{\lfloor \tau L^2\rfloor}\frac{1}{2^{\lfloor \tau L^2\rfloor}}\binom{\lfloor \tau L^2\rfloor}{k}\cos\left(2\pi \ell\frac{\lfloor xL\rfloor-\lfloor \tau L^2\rfloor+2k}{L}\right) \\ = &\sum_{k=0}^{\lfloor \tau L^2\rfloor}\frac{1}{2^{\lfloor \tau L^2\rfloor}}\binom{\lfloor \tau L^2\rfloor}{k}\Re\left(\exp(i2\pi\ell \frac{\lfloor xL\rfloor-\lfloor \tau L^2\rfloor+2k}{L})\right) \\ =& \frac{1}{2^{\lfloor \tau L^2\rfloor}}\Re\left(\sum_{k=0}^{\lfloor \tau L^2\rfloor}\binom{\lfloor \tau L^2\rfloor}{k}\exp(i2\pi\ell \frac{\lfloor xL\rfloor-\lfloor \tau L^2\rfloor+2k}{L})\right) \\ =& \frac{1}{2^{\lfloor \tau L^2\rfloor}}\Re\left(\exp\left(i2\pi\ell\frac{\lfloor xL\rfloor -\lfloor\tau L^2\rfloor}{L}\right)\left(1+\exp\left(i\frac{4\pi\ell}{L}\right)\right)^{\lfloor \tau L^2\rfloor}\right). \end{aligned}$$ Ya estamos tomando el límite cuando $L\to\infty$ tenemos que $$\frac{\lfloor xL\rfloor -\lfloor\tau L^2\rfloor}{L}\to x-\tau L$$ por lo que podemos considerar la expresión $$\frac{1}{2^{\lfloor \tau L^2\rfloor}}\Re\left(\exp\left(i2\pi\ell(x-\tau L)\right)\left(1+\exp\left(i\frac{4\pi\ell}{L}\right)\right)^{\lfloor \tau L^2\rfloor}\right).$$ De nuevo ya que nosotros sólo nos preocupamos de $L\to\infty$ podemos dejar $L\mapsto L/\sqrt{\tau}$ , de modo que estamos considerando la expresión $$\begin{aligned} &\frac{1}{2^{L^2}}\Re\left(\exp\left(i2\pi\ell(x-\sqrt{\tau} L)\right)\left(1+\exp\left(i\frac{4\pi\ell\sqrt{\tau}}{L}\right)\right)^{L^2}\right) \\ =&\Re\left(\exp(i2\pi\ell x)\left(\frac{\exp\left(-i\frac{2\pi\ell\sqrt{\tau}}{L}\right)+\exp\left(i\frac{2\pi\ell\sqrt{\tau}}{L}\right)}{2}\right)^{L^2}\right) \\ =&\cos\left(\frac{2\pi\ell\sqrt{\tau}}{L}\right)^{L^2}\Re\left(\exp(i2\pi\ell x)\right) \\ =& \cos\left(\frac{2\pi\ell\sqrt{\tau}}{L}\right)^{L^2}\cos(2\pi\ell x). \end{aligned}$$ Tomando el límite realmente llegamos $$\lim_{L\to\infty} \cos\left(\frac{2\pi\ell\sqrt{\tau}}{L}\right)^{L^2}\cos(2\pi\ell x)=\exp(-2\pi^2\ell^2\tau)\cos(2\pi\ell x).$$

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X