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Encuentre $\lim\sqrt{\frac{1}n}-\sqrt{\frac{2}n}+\sqrt{\frac{3}n}-\cdots+\sqrt{\frac{4n-3}n}-\sqrt{\frac{4n-2}n}+\sqrt{\frac{4n-1}n}$

La cuestión que se plantea en relación con este problema

P $$\lim_{n\rightarrow \infty}\sqrt{\frac{1}n}-\sqrt{\frac{2}n}+\sqrt{\frac{3}n}-\cdots+\sqrt{\frac{4n-3}n}-\sqrt{\frac{4n-2}n}+\sqrt{\frac{4n-1}n}=1$$

Gracias por responder @Vincenzo Oliva. Olvidé el teorema de Stolz-Cesàro

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No creo que esto sea cierto ya que la respuesta de clark en la pregunta enlazada implica que el límite es estrictamente mayor que 1.

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@AlexR.: No he mirado los pasos de su respuesta, pero debe haber algo mal .

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Vincenzo Oliva Puntos 3277

Tenga en cuenta que la secuencia que le interesa puede escribirse como $a_n=\dfrac1{\sqrt{n}}\left(\sqrt{4n-1}+\sum\limits_{k=1}^{2n-1}\sqrt{2k-1}-\sqrt{2k}\right).$ Aplicando el teorema de Stolz-Cesàro, tenemos \begin{align}\lim_{n\to\infty} a_n&=\lim_{n\to\infty}\frac{\sqrt{4n+3}-\sqrt{4n-1}+\sqrt{4n-1}-\sqrt{4n}+\sqrt{4n+1}-\sqrt{4n+2}}{\sqrt{n+1}-\sqrt{n}} \\ &= \lim_{n\to\infty} 2\frac{\sqrt{1+3/(4n)}-1+\sqrt{1+1/(4n)}-\sqrt{1+1/(2n)}}{\sqrt{1+1/n}-1} \\ &=\lim_{n\to\infty} \frac2n\frac{3/8+1/8-1/4}{1/(2n)}=1.\end{align}

3voto

NP-hard Puntos 1872

Tenemos \begin{align} &\sqrt{\frac{1}{n}} - \sqrt{\frac{2}{n}} + \sqrt{\frac{3}{n}} - \cdots + \sqrt{\frac{4n-3}{n}} - \sqrt{\frac{4n-2}{n}} + \sqrt{\frac{4n-1}{n}} \\ =& \sqrt{\frac{1}{n}} +\sum_{k=1}^{2n-1}(\sqrt{\frac{2k+1}{n}}-\sqrt{\frac{2k}{n}}) \\ =& \sqrt{\frac{1}{n}} + \frac{1}{\sqrt{n}}\sum_{k=1}^{2n-1}\frac{1}{\sqrt{2k+1}+\sqrt{2k}} \tag{1} \end{align} Además, \begin{align} \sum_{k=1}^{2n-1}\frac{1}{\sqrt{2k+1}+\sqrt{2k}} \leq \sum_{k=1}^{2n-1}\frac{1}{2\sqrt{2k}} = \frac{1}{2\sqrt{2}}\sum_{k=1}^{2n-1}\frac{1}{\sqrt{k}} < \frac{1}{2\sqrt{2}}\int_0^{2n}x^{-1/2}dx = \sqrt{n} \tag{2} \end{align} y \begin{align} \sum_{k=1}^{2n-1}\frac{1}{\sqrt{2k+1}+\sqrt{2k}} \geq \sum_{k=1}^{2n-1}\frac{1}{2\sqrt{2k+2}} = \frac{1}{2\sqrt{2}}\sum_{k=2}^{2n}\frac{1}{\sqrt{k}}>\frac{1}{2\sqrt{2}}\int_2^{2n}x^{-1/2}dx = \sqrt{n}-1 \tag{3} \end{align} Teniendo en cuenta (2) y (3), concluimos que $$ \lim_{n\rightarrow \infty} \sqrt{\frac{1}{n}} + \frac{1}{\sqrt{n}}\sum_{k=1}^{2n-1}\frac{1}{\sqrt{2k+1}+\sqrt{2k}} = 1 $$

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Por qué $$\sum_{k=2}^{2n}\frac{1}{\sqrt{k}}>\int_2^{2n}x^{-1/2}dx$$ y $$\sum_{k=1}^{2n-1}\frac{1}{\sqrt{k}}<\int_0^{2n}x^{-1/2}dx?$$

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@Leox Observe la gráfica de $x^{-1/2}$ . $\frac{1}{\sqrt{k}}$ es el área de un rectángulo de altura $\frac{1}{\sqrt{k}}$ y anchura $1$ mientras que $\int_k^{k+1}x^{-1/2}dx$ es el área de la región por debajo de $x^{-1/2}$ en el intervalo $[k, k+1]$ . Por lo tanto, $\frac{1}{\sqrt{k}} > \int_k^{k+1} x^{-1/2}dx$ y así $$\sum_{k=2}^{2n}\frac{1}{\sqrt{k}} > \sum_{k=2}^{2n} \int_{k}^{k+1}x^{-1/2}dx = \int_{2}^{2n+1}x^{-1/2}dx > \int_{2}^{2n} x^{-1/2}dx$$ La segunda desigualdad de tu comentario se puede deducir de forma similar.

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Gracias, señor. Mu pregunta era - ¿por qué tenemos diferentes symbolls ( $>$ y $<$ ) por casi las mismas sumas?

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