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n趋于无穷大时自然数的立方和与平方和的两倍的比值的极限是多少?
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要求的极限可以写成以下形式:
lim
→
∞
∑
=
1
3
2
∑
=
1
2
n→∞
lim
2∑
k=1
n
k
2
∑
k=1
n
k
3
首先,我们可以使用平方和公式和立方和公式计算分子和分母:
∑
=
1
2
=
(
+
1
)
(
2
+
1
)
6
∑
=
1
3
=
(
∑
=
1
)
2
=
(
(
+
1
)
2
)
2
k=1
∑
n
k
2
k=1
∑
n
k
3
=
6
n(n+1)(2n+1)
=(
k=1
∑
n
k)
2
=(
2
n(n+1)
)
2
将这些代入极限中,得到:
lim
→
∞
∑
=
1
3
2
∑
=
1
2
=
lim
→
∞
(
(
+
1
)
2
)
2
2
⋅
(
+
1
)
(
2
+
1
)
6
=
lim
→
∞
(
2
+
)
2
4
(
2
+
)
(
2
+
1
)
/
3
=
lim
→
∞
3
(
2
+
)
2
4
(
2
+
)
(
2
+
1
)
=
lim
→
∞
3
(
+
1
)
8
(
2
+
1
)
=
3
16
n→∞
lim
2∑
k=1
n
k
2
∑
k=1
n
k
3
=
n→∞
lim
2⋅
6
n(n+1)(2n+1)
(
2
n(n+1)
)
2
=
n→∞
lim
4(n
2
+n)(2n+1)/3
(n
2
+n)
2
=
n→∞
lim
4(n
2
+n)(2n+1)
3(n
2
+n)
2
=
n→∞
lim
8(2n+1)
3(n+1)
=
16
3
因此,当$n$趋于无穷大时,自然数的立方和与平方和的两倍的比值的极限为$\frac{3}{16}$。
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