La prueba está bien, siempre que puede utilizar que
$$
\lim_{n\to\infty}\sqrt[n]{2}=1
$$
Esto se deduce de la desigualdad de Bernoulli $(1+x)^n\ge 1+nx$, siempre que $x>-1$ $n$ es un entero positivo, en la forma
$$
\sqrt[n]{1+nx}\le 1+x
$$
Para $x=1/n$ esto lee
$$
\sqrt[n]{2}\le 1+\frac{1}{n}
$$
y por lo tanto, de
$$
1\le\sqrt[n]{2}\le 1+\frac{1}{n}
$$
y el teorema del encaje, se puede concluir.
A continuación, la aplicación del teorema del encaje a
$$
4=\sqrt[n]{4^n}\le\sqrt[n]{3^n+4^n}\le
\sqrt[n]{2\cdot 4^n}=4\sqrt[n]{2}
$$
es bueno.