7 votos

¿Esto es una prueba válida de $\lim _{n\rightarrow \infty }(1+\frac{z}{n})^n=e^z$?

Definir la función de $g_n\left(z\right)=\left(1+\frac{z}{n}\right)^n$$\:n\in \mathbb{R^+}$. Entonces

$$\frac{d}{dz}g_n\left(z\right)=n\left(1+\frac{z}{n}\right)^{n-1}\cdot\frac{1}{n}=\left(1+\frac{z}{n}\right)^{n-1}$$

Definir $g_{\infty}\left(z\right)=\lim _{n\rightarrow \infty }g_n\left(x\right)=\lim_{n\rightarrow \infty }\left(1+\frac{z}{n}\right)^n$, a continuación, observe que

$$\frac{d}{dz}g_{\infty}\left(z\right)=\frac{d}{dz}\left(\lim _{n\rightarrow \infty }g_n\left(x\right)\right)=\lim _{n\rightarrow \infty }\frac{d}{dz}g_n\left(z\right)$$$$=\lim_{n\to \infty}\left(1+\frac{z}{n}\right)^{n-1}=\lim_{n\to \infty}\frac{\left(1+\frac{z}{n}\right)^n}{1+\frac{z}{n}} =\lim _{n\rightarrow \infty }\left(1+\frac{z}{n}\right)^n=g_\infty\left(z\right)$$

Teniendo en cuenta que $g_n\left(0\right)=1\: \forall\:n\in \mathbb{R^+}$, tenemos la ecuación diferencial

$$\frac{d}{dz}g_{\infty}\left(z\right)=g_\infty\left(z\right),\,g_\infty \left(0\right)=1$$

Que también ha $e^z$ como una solución. Sin embargo, el diferencial por encima de la ecuación tiene una única solución, por lo tanto, $$g_\infty \left(z\right)=\lim _{n\rightarrow \infty }\left(1+\frac{z}{n}\right)^n=e^z\,\,\blacksquare$$

Se me ocurrió esta prueba a mí mismo, y creo que es muy elegante, pero no estoy seguro en cuanto a la validez de la prueba. Algo que no nos parece bien a mí. ¿Hay algún inválido declaraciones o extremos sueltos para esta prueba? También, de lo útil que es esto como una prueba de que el límite? Usted no necesita saber la teoría de ecuaciones diferenciales, porque había reconocer fácilmente que $e^z$ es su propia derivada. Hay algo en ella que podría hacerlos inaccesibles, asumiendo que usted sabe que $\frac{d}{dz}e^z=e^z$?

5voto

icurays1 Puntos 9121

En principio, la prueba se ve muy bien y que voy a tener que usarlo cuando enseño cálculo! Definitivamente, hay detalles importantes que deben ser abordados si fuera a ser 100% riguroso, sin embargo. Aquí están las cosas obvias, yo aviso:

  • Usted debe ser muy precisa acerca de lo que las suposiciones que están haciendo. ¿Cómo está la definición de $e^z$? Como la única solución suave de $\frac{d}{dz}f = f,\; f(0)=1$?

  • Cuando se definen $g_\infty$, debe argumentar por qué el límite existe y por qué $g_\infty$ es diferenciable. Este es probablemente el más importante (y técnica) paso.

  • Intercambiar el orden de un límite y un derivado aquí:

$$ \frac{d}{dz}\left(\lim_{n\rightarrow\infty} g_n\right) = \lim_{n\rightarrow\infty} \left(\frac{d}{dz}g_n\right) $$

Usted tiene que explicar por qué esto está justificado.

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