Cómo encontrar el límite

¿Cómo encuentras límite? [matemáticas] \ displaystyle \ lim_ {n \ to \ infty} \ frac {1} {\ sqrt [4] n} \ left (1+ \ frac {1} {\ sqrt [4] 2} + \ cdots + \ frac {1} {\ sqrt [4] n} \ right) [/ math]

Como ya se ha señalado, esto es divergente. Específicamente, si dejamos que [math] a_n = \ displaystyle1 + \ frac {1} {\ sqrt [4] 2} + \ cdots + \ frac {1} {\ sqrt [4] n} [/ math] y [math] b_n = a_n / \ sqrt [4] n [/ math], entonces podemos mostrar que para n grande,

[matemáticas] b_n \ approx \ dfrac {4 \ sqrt {n}} {3} \ tag {1} [/ matemáticas]

Para probar esto, primero tenga en cuenta que

[matemáticas] a_n-1 <\ int_1 ^ nx ^ {- 1/4} dx = \ frac {4} {3} \ left (n ^ {3/4} -1 \ right) <a_ {n-1} \ tag {2} [/ math]

La siguiente ilustración muestra (para [matemática] n = 8 [/ matemática]) por qué esto es cierto: la curva negra es el gráfico de la función [matemática] f (x) = x ^ {- 1/4} [/ matemática ], el área total de los siete rectángulos morados es igual a [matemática] a_8-1 [/ matemática], y las siete áreas de rectángulo rojo se suman a [matemática] a_7 [/ matemática].

De (2) podemos concluir que

[matemáticas] \ begin {align *} \ qquad \ frac {4} {3} \ left ((n + 1) ^ {3/4} -1 \ right) & <a_n <\ frac {4} {3} \ left (n ^ {3/4} -1 \ right) +1 \\\ dfrac {4 (n + 1) ^ {3/4} -4} {3} & <a_n <\ dfrac {4n ^ { 3/4} -1} {3} \\\ dfrac {4 (n + 1) ^ {3/4} -4} {3n ^ {1/4}} y <b_n <\ dfrac {4n ^ {3 / 4} -1} {3n ^ {1/4}} \\ \ end {align *} [/ math]

La fórmula (1) anterior se deriva de la desigualdad final. También podemos obtener aproximaciones ligeramente mejores de esa desigualdad, como [math] b_n \ approx \ dfrac {4 \ sqrt {n}} {3} – \ dfrac {2} {3 \ sqrt [4] n} [/ math ]

Tenga en cuenta que este es un término por término mayor que [math] \ sum \ frac 1k [/ math] para “most” [math] k


EDITAR para agregar:

Otra forma más simple de ver esto.

Tiene [math] n [/ math] términos, cada uno de los cuales es al menos [math] \ displaystyle \ frac {1} {\ sqrt {n}} [/ math]. (Observe que los términos están disminuyendo de izquierda a derecha).

Por lo tanto, un límite inferior en la suma es [math] n \ times \ displaystyle \ frac {1} {\ sqrt {n}} = \ sqrt {n} [/ math], que diverge como [math] n \ to \ infty [/ math].

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