If we naively try to find the limit, we run up against the indeterminate form 1∞. We'd like to use l'Hopital's rule, but we don't have the form ∞∞ or 00–we'll need to use a logarithm. Additionally, l'Hopital's rule applies to differentiable functions defined for real numbers–so we'll consider a function, rather than the sequence.
Note the terms of the sequence are all positive.
Solution 1: Define x=n1, and f(x)=(1+3x+5x2)1/x. Then bn=f(n1)=f(x), and
n→∞limf(n1)=x→0+limf(x).
If this limit exists, it is equal to n→∞limbn.
Write out the first five partial sums corresponding to the series
n=1∑∞n1.
You don't need to simplify the terms.
정답·풀이 보기
부분합의 수열의 N 번째 항 SN 은 급수 n=1∑∞n1 의 처음 N 개 항의 합이다.
N12345SN11+211+21+311+21+31+411+21+31+41+51
원본 교재 풀이(영어)
The Nth term of the sequence of partial sums, SN, is the sum of the first N terms of the series n=1∑∞n1.
N12345SN11+211+21+311+21+31+411+21+31+41+51
수업에 오는 학생은 모두 강사에게 쿠키를 가져와 강사의 책상 위에 놓고 간다. k 번째 학생이 온 뒤 강사의 책상 위에 있는 쿠키의 총수를 Ck 라 하자.
C11=20 이고 C10=17 일 때, 11번째 학생은 수업에 쿠키를 몇 개 가져왔는지 구하세요.
영어 원문 보기
Every student who comes to class brings their instructor cookies, and leaves them on the instructor's desk. Let Ck be the total number of cookies on the instructor's desk after the kth student comes.
If C11=20, and C10=17, how many cookies did the 11th student bring to class?
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
11번째 학생이 오기 전에 쿠키가 모두 17개였고 온 뒤에 20개였다면, 11번째 학생은 쿠키를 3개 가져온 것이다.
원본 교재 풀이(영어)
If there were a total of 17 cookies before Student 11 came, and 20 cookies after, then Student 11 brought 3 cookies.
f(N) 을 n=1∑∞an 의 N 번째 부분합을 나타내는 식이라 하자. (즉, f(N)=SN 이다.) 모든 N>1 에 대해 f′(N)<0 이면, an 에 대해 무엇을 알 수 있는지 설명하세요.
영어 원문 보기
Let f(N) be a formula for the Nth partial sum of n=1∑∞an. (That is, f(N)=SN.) If f′(N)<0 for all N>1, what does that say about an?
정답·풀이 보기
f′(N)<0 이면 f(N) 은 감소한다. 따라서 항을 더 더할수록 합이 작아진다. 이는 더해지는 항들이 음수라는 뜻이다. 즉,
모든 n≥2 에 대해 an<0 이다.
원본 교재 풀이(영어)
If f′(N)<0, that means f(N) is decreasing. So, adding more terms makes for a smaller sum. That means the terms we're adding are negative. That is,
an<0 for all n≥2.
Using logarithm rules, we see
n=5∑∞log(nn−3)=n=5∑∞[log(n−3)−logn]
which looks like a telescoping series. Let's make a table to figure out the partial sums.
There is a “lag" before the terms cancel, which is why they “build up" more than we saw in past examples. Still, we can clearly see the Nth partial sum:
이 급수는 망원급수이다. 늘 하던 방법대로 살펴보자.
소거되는 규칙을 더 분명히 보이기 위해
n2−n+11−n−11=n1+n1−n+11−n−11
로 나타내고, 표 가운데의 분수는 간단히 하지 않고 그대로 둔다. 그러면 모든 분수의 분자가 1이고, 분모가 같고 부호가 반대인 두 항이 서로 소거된다.
맨 첫 행과 맨 마지막 행을 제외한 임의의 행 n 에 주목하자.
그 행의 첫 번째 n1 은 바로 위 행 가운데에 있는 −n1 과 소거되고, 그 행의 두 번째 n1 은 바로 아래 행 끝에 있는 −n1 과 소거된다.
첫 번째(n=2) 행의 경우, 첫 행 위에는 행이 없으므로 첫 번째 21 과 마지막 −11 은 끝내 소거되지 않는다.
또 맨 마지막 행의 경우, 마지막 행 다음에는 행이 없으므로 가운데의 두 항은 끝내 소거되지 않는다.
따라서 부분합은 다음과 같다.
This is a telescoping series. Let's investigate it in the usual way.
To make the pattern of cancellation clearer, we express
n2−n+11−n−11=n1+n1−n+11−n−11,
and leave the fractions in the middle of the table unsimplified. Then every fraction has numerator one and two terms with the same denominator and opposite sign cancel.
Concentrate on any row n, except the very first row and the very last row.
The first n1 in that row cancels the −n1 in the middle of the row above it, and the second n1 in that row cancels the −n1 at the end of the row below it.
As far as the first (n=2) row is concerned, the first 21 and the last −11 never get cancelled out because there is no row above the first one.
And as far as the very last row is concerned, the two middle terms never get cancelled out because there is no row after the last one.
So the partial sum is
sN=n=2∑N(n2−n+11−n−11)=21−11from the first row+N1−N+11from the last row
There is another purely algebraic way to find the same sN, motivated by the above discussion.