문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 수열의 극한

수열의 수렴과 발산

수열이 한 값에 수렴하는지, 발산(∞·진동)하는지 판단한다

유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

99문제 · 5 / 5쪽

81.APEX · 8.1절 · 35번우리말 번역

연습문제 35–38에서 수열이 단조증가인지 단조감소인지 판단하세요. 그렇지 않다면, 모든 n≥mn\geq m 에 대해 단조가 되는 mm 이 있는지 판단하세요.

{an}={nn+2}\displaystyle \{a_n\} = \left\{\frac{n}{n+2}\right\}

영어 원문 보기

In Exercises 35–38, determine whether the sequence is monotonically increasing or decreasing. If it is not, determine if there is an mm such that it is monotonic for all n≥mn\geq m.

{an}={nn+2}\displaystyle \{a_n\} = \left\{\frac{n}{n+2}\right\}

정답·풀이 보기

단조증가

원본 교재 풀이(영어)

monotonically increasing

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 11번
# 수열의 수렴과 발산계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
82.APEX · 8.1절 · 36번우리말 번역

연습문제 35–38에서 수열이 단조증가인지 단조감소인지 판단하세요. 그렇지 않다면, 모든 n≥mn\geq m 에 대해 단조가 되는 mm 이 있는지 판단하세요.

{an}={n2−6n+9n}\displaystyle \{a_n\} = \left\{\frac{n^2-6n+9}{n}\right\}

영어 원문 보기

In Exercises 35–38, determine whether the sequence is monotonically increasing or decreasing. If it is not, determine if there is an mm such that it is monotonic for all n≥mn\geq m.

{an}={n2−6n+9n}\displaystyle \{a_n\} = \left\{\frac{n^2-6n+9}{n}\right\}

정답·풀이 보기

n≥3n\geq 3 에서 단조증가

원본 교재 풀이(영어)

monotonically increasing for n≥3n\geq 3

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 9번
# 수열의 수렴과 발산계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
83.APEX · 8.1절 · 37번우리말 번역

연습문제 35–38에서 수열이 단조증가인지 단조감소인지 판단하세요. 그렇지 않다면, 모든 n≥mn\geq m 에 대해 단조가 되는 mm 이 있는지 판단하세요.

{an}={(−1)n1n3}\displaystyle \{a_n\} = \left\{(-1)^n\frac{1}{n^3}\right\}

영어 원문 보기

In Exercises 35–38, determine whether the sequence is monotonically increasing or decreasing. If it is not, determine if there is an mm such that it is monotonic for all n≥mn\geq m.

{an}={(−1)n1n3}\displaystyle \{a_n\} = \left\{(-1)^n\frac{1}{n^3}\right\}

정답·풀이 보기

단조가 되는 경우가 없다

원본 교재 풀이(영어)

never monotonic

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 8.1절 · 4번
# 수열의 수렴과 발산계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
84.APEX · 8.1절 · 38번우리말 번역

연습문제 35–38에서, 수열이 단조증가인지 단조감소인지 판단하세요. 그렇지 않다면, 모든 n≥mn\geq m 에 대해 단조가 되는 mm 이 있는지 판단하세요.

{an}={n22n}\displaystyle \{a_n\} = \left\{\frac{n^2}{2^n}\right\}

영어 원문 보기

In Exercises 35–38, determine whether the sequence is monotonically increasing or decreasing. If it is not, determine if there is an mm such that it is monotonic for all n≥mn\geq m.

{an}={n22n}\displaystyle \{a_n\} = \left\{\frac{n^2}{2^n}\right\}

정답·풀이 보기

n≥3n\geq 3 에서 단조감소이다.

원본 교재 풀이(영어)

monotonically decreasing for n≥3n\geq 3

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 5.1절 · 31번
# 수열의 수렴과 발산계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
85.CLP-2 · 3.1절 · 4번우리말 번역

다음 성질을 만족하는 수열 {an}n=1∞\{a_n\}_{n=1}^{\infty} 의 예를 하나 드세요.

  • n≤1000n \leq 1000 인 모든 nn 에 대해 an>1000a_n>1000,
  • 모든 nn 에 대해 an+1<ana_{n+1}<a_n, 그리고
  • lim⁡n→∞an=−2\lim\limits_{n \to \infty} a_n = -2
영어 원문 보기

Give an example of a sequence {an}n=1∞\{a_n\}_{n=1}^{\infty} with the following properties:

  • an>1000a_n>1000 for all n≤1000n \leq 1000,
  • an+1<ana_{n+1}<a_n for all nn, and
  • lim⁡n→∞an=−2\lim\limits_{n \to \infty} a_n = -2
정답·풀이 보기

가능한 답은 많다. 그중 하나는 다음과 같다. an={3000−n 만일 n≤1000−2+1n 만일 n>1000a_n = \begin{cases} 3000-n & \text{ 만일 }n \leq 1000\\ -2+\frac{1}{n} & \text{ 만일 }n > 1000 \end{cases} 여기서는 1000번째 항을 기준으로 앞뒤의 모양이 다른 급수를 잡았다. 모든 항이 바로 앞의 항보다 작음에 주목한다.

원하는 성질을 갖는 또 다른 수열은 다음과 같다. an=1,002,001n−2a_n=\frac{1,002,001}{n}-2 n≤1000n \leq 1000 일 때, an≥1,002,0011000−2>1,002,0001,000−2=1000a_n \geq \frac{1,002,001}{1000}-2>\frac{1,002,000}{1,000}-2=1000 이다. 즉, n≤1000n \le 1000 일 때 an>1000a_n>1000 이다. nn 이 커질수록 ana_n 은 작아지므로 모든 nn 에 대해 an+1<ana_{n+1}<a_n 이다. 마지막으로 lim⁡n→∞an=0−2=−2\lim\limits_{n \to \infty} a_n = 0-2=-2 이다.

원본 교재 풀이(영어)

There are many possible answers. One is: an={3000−n if n≤1000−2+1n if n>1000a_n = \begin{cases} 3000-n & \text{ if }n \leq 1000\\ -2+\frac{1}{n} & \text{ if }n > 1000 \end{cases} where we have a series that looks different before and after its thousandth term. Note every term is smaller than the term preceding it.

Another sequence with the desired properties is: an=1,002,001n−2a_n=\frac{1,002,001}{n}-2 When n≤1000n \leq 1000, an≥1,002,0011000−2>1,002,0001,000−2=1000a_n \geq \frac{1,002,001}{1000}-2>\frac{1,002,000}{1,000}-2=1000. That is, an>1000a_n>1000 when n≤1000n \le 1000. As nn gets larger, ana_n gets smaller, so an+1<ana_{n+1}<a_n for all nn. Finally, lim⁡n→∞an=0−2=−2\lim\limits_{n \to \infty} a_n = 0-2=-2.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 7번
# 수열의 수렴과 발산계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
86.CLP-2 · 3.1절 · 5번우리말 번역

다음 성질을 만족하는 수열 {an}n=1∞\{a_n\}_{n=1}^{\infty} 의 예를 하나 드세요.

  • 모든 짝수 nn 에 대해 an>0a_n>0,
  • 모든 홀수 nn 에 대해 an<0a_n<0,
  • lim⁡n→∞an\lim\limits_{n \to \infty} a_n 은 존재하지 않는다.
영어 원문 보기

Give an example of a sequence {an}n=1∞\{a_n\}_{n=1}^{\infty} with the following properties:

  • an>0a_n>0 for all even nn,
  • an<0a_n<0 for all odd nn,
  • lim⁡n→∞an\lim\limits_{n \to \infty} a_n does not exist.
정답·풀이 보기

가능한 답 중 하나는 an=(−1)n={−1,1,−1,1,−1,1,−1,…}a_n=(-1)^{n} = \{-1, 1,-1,1,-1,1,-1,\ldots\} 이다. 또 다른 예는 an=n(−1)n={−1,2,−3,4,−5,6,−7,…}a_n=n(-1)^{n} = \{-1, 2,-3,4,-5,6,-7,\ldots\} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

One possible answer is an=(−1)n={−1,1,−1,1,−1,1,−1,…}a_n=(-1)^{n} = \{-1, 1,-1,1,-1,1,-1,\ldots\}. Another is an=n(−1)n={−1,2,−3,4,−5,6,−7,…}a_n=n(-1)^{n} = \{-1, 2,-3,4,-5,6,-7,\ldots\}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 4번
# 수열의 수렴과 발산계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
87.CLP-2 · 3.1절 · 7번우리말 번역

아래 수열들의 극한은 조임 정리를 이용하여 구할 수 있다. 각 수열에 대해, 조임 정리에 쓸 수 있는 위에서 누르는(위쪽 경계) 수열과 아래에서 받치는(아래쪽 경계) 수열을 선택하세요.

(a) an=sin⁡nna_n = \dfrac{\sin n}{n} (b) bn=n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)b_n = \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} (c) cn=(−n)−nc_n = (-n)^{-n}

영어 원문 보기

The limits of the sequences below can be evaluated using the squeeze theorem. For each sequence, choose an upper bounding sequence and lower bounding sequence that will work with the squeeze theorem.

(a) an=sin⁡nna_n = \dfrac{\sin n}{n} (b) bn=n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)b_n = \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} (c) cn=(−n)−nc_n = (-n)^{-n}

정답·풀이 보기

(a) 모든 nn 에 대해 −1≤sin⁡n≤1-1 \leq \sin n \leq 1 이므로, 가능한 위쪽 경계와 아래쪽 경계의 한 가지는 −1n≤sin⁡nn≤1n\dfrac{-1}{n}\le \dfrac{\sin n}{n}\le \dfrac{1}{n} 이다. lim⁡n→∞−1n=lim⁡n→∞1n\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{-1}{n} = \lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{1}{n} 이므로, 이 수열들은 조임 정리에 쓸 수 있는 올바른 비교 수열이다. (b) 모든 nn 에 대해 −1≤sin⁡n≤1 -1\leq \sin n \leq 1 이고 −5≤−5cos⁡n≤5 -5 \leq -5\cos n \leq 5 이므로

7−1−5≤7+sin⁡n−5cos⁡n≤7+red1+blue51≤7+sin⁡n−5cos⁡n≤13\begin{aligned} 7 -1 -5&\leq 7+ \sin n - 5 \cos n \leq 7+{red}1+{blue}5\\ 1&\leq 7+ \sin n - 5 \cos n \leq13 \end{aligned}

이를 통해 다음 경계를 시도해 볼 수 있다. n213en≤n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)≤n2en\dfrac{n^2}{13e^n} \le \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} \le \dfrac{n^2}{e^n} lim⁡n→∞n213en=lim⁡n→∞n2en\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{n^2}{13e^n} = \lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{n^2}{e^n} 임을 확인한다(둘 다 0이며, 로피탈 법칙을 이용하여 확인할 수 있다). 따라서 이 경계들은 조임 정리에 쓰기에 적절하다. 또한 0≤n213en0\le \frac{n^2}{13e^n} 이므로 다음을 쓸 수도 있다. 0≤n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)≤n2en0 \le \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} \le \dfrac{n^2}{e^n} (c) (−n)−n=1(−n)n=(−1)nnn(-n)^{-n} = \dfrac{1}{(-n)^n} = \dfrac{(-1)^n}{n^n} 이므로 −1nn≤(−n)−n≤1nn\dfrac{-1}{n^n} \le (-n)^{-n} \le \dfrac{1}{n^n} 이다. lim⁡n→∞−1nn\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{-1}{n^n} 과 lim⁡n→∞1nn\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{1}{n^n} 이 모두 0이므로, 이 경계들은 조임 정리에 쓰기에 적절하다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since −1≤sin⁡n≤1-1 \leq \sin n \leq 1 for all nn, one potential set of upper and lower bound is −1n≤sin⁡nn≤1n\dfrac{-1}{n}\le \dfrac{\sin n}{n}\le \dfrac{1}{n} Note lim⁡n→∞−1n=lim⁡n→∞1n\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{-1}{n} = \lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{1}{n}, so these are valid comparison sequences for the squeeze theorem. (b) Since −1≤sin⁡n≤1 -1\leq \sin n \leq 1 and −5≤−5cos⁡n≤5 -5 \leq -5\cos n \leq 5 for all nn, we see

7−1−5≤7+sin⁡n−5cos⁡n≤7+red1+blue51≤7+sin⁡n−5cos⁡n≤13\begin{aligned} 7 -1 -5&\leq 7+ \sin n - 5 \cos n \leq 7+{red}1+{blue}5\\ 1&\leq 7+ \sin n - 5 \cos n \leq13 \end{aligned}

This gives us the idea to try the bounds n213en≤n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)≤n2en\dfrac{n^2}{13e^n} \le \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} \le \dfrac{n^2}{e^n} We check that lim⁡n→∞n213en=lim⁡n→∞n2en\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{n^2}{13e^n} = \lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{n^2}{e^n} (they're both 0–you can verify using l'Hopital's rule), so these are indeed reasonable bounds to choose to use with the squeeze theorem. Alternatively, since 0≤n213en0\le \frac{n^2}{13e^n}, we can also use 0≤n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)≤n2en0 \le \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} \le \dfrac{n^2}{e^n} (c) Since (−n)−n=1(−n)n=(−1)nnn(-n)^{-n} = \dfrac{1}{(-n)^n} = \dfrac{(-1)^n}{n^n}, we see −1nn≤(−n)−n≤1nn\dfrac{-1}{n^n} \le (-n)^{-n} \le \dfrac{1}{n^n} Since both lim⁡n→∞−1nn\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{-1}{n^n} and lim⁡n→∞1nn\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{1}{n^n} are 0, these are reasonable bounds to use with the squeeze theorem.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 1번
# 수열의 수렴과 발산계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
88.CLP-2 · 3.1절 · 10번우리말 번역

다음 수열의 극한을 구하세요.

(a) an=3n2−2n+54n+3a_n = \dfrac{3n^2-2n+5}{4n+3} (b) bn=3n2−2n+54n2+3b_n = \dfrac{3n^2-2n+5}{4n^2+3} (c) cn=3n2−2n+54n3+3c_n = \dfrac{3n^2-2n+5}{4n^3+3}

영어 원문 보기

Determine the limits of the following sequences.

(a) an=3n2−2n+54n+3a_n = \dfrac{3n^2-2n+5}{4n+3} (b) bn=3n2−2n+54n2+3b_n = \dfrac{3n^2-2n+5}{4n^2+3} (c) cn=3n2−2n+54n3+3c_n = \dfrac{3n^2-2n+5}{4n^3+3}

답 쓰고 채점
(a)
(b)
(c)
정답·풀이 보기

유리함수의 끝 거동을 구할 때는 지난 학기에 배운 대로, 분자와 분모에서 nn 의 최고차항을 약분하거나, 이 단계를 건너뛰고 분자와 분모의 최고차항의 차수를 비교하면 된다.

(a) 분자의 차수가 분모의 차수보다 높으므로 이 수열은 양의 무한대 또는 음의 무한대로 발산한다. nn 이 클 때 항이 양수이므로 극한은 (양의) 무한대이다. (분자가 분모보다 훨씬 더 빠르게 커져서 항의 절댓값이 매우 커진다고 생각할 수 있다.)

더 길게 계산하면 다음과 같다.

an=3n2−2n+54n+3(1n1n)=3n−2+5n4+3nlim⁡n→∞an=lim⁡n→∞3n−2+5n4+3n=lim⁡n→∞3n−2+04+0=∞\begin{aligned} a_n &= \dfrac{3n^2-2n+5}{4n+3}\left(\dfrac{\frac1n}{\frac1n}\right)=\dfrac{3n-2+\frac5n}{4+\frac3n} \\\lim_{n \to \infty}a_n &= \lim_{n \to \infty}\dfrac{3n-2+\frac5n}{4+\frac3n} = \lim_{n \to \infty}\dfrac{3n-2+0}{4+0} = \infty \end{aligned} (b) 분자의 차수가 분모의 차수와 같으므로, nn 이 무한대로 갈 때 이 수열은 최고차항의 계수의 비인 34\dfrac{3}{4} 로 수렴한다. (분자가 분모와 거의 같은 속도로 커지므로 항이 거의 일정한 비로 안정된다고 생각할 수 있다.)

더 길게 계산하면 다음과 같다.

bn=3n2−2n+54n2+3(1n21n2)=3−2n+5n24+3n2lim⁡n→∞bn=lim⁡n→∞3−2n+5n24+3n2=3−0+04+0=34\begin{aligned} b_n &= \dfrac{3n^2-2n+5}{4n^2+3}\left(\dfrac{\frac{1}{n^2}}{\frac{1}{n^2}}\right)=\dfrac{3-\frac2n+\frac{5}{n^2}}{4+\frac{3}{n^2}} \\\lim_{n \to \infty}b_n &= \lim_{n \to \infty}\dfrac{3-\frac2n+\frac{5}{n^2}}{4+\frac{3}{n^2}} = \frac{3-0+0}{4+0}=\frac{3}{4} \end{aligned} (c) 분자의 차수가 분모의 차수보다 낮으므로, nn 이 무한대로 갈 때 이 수열은 0 으로 수렴한다. (분모가 분자보다 훨씬 더 빠르게 커져서 항이 매우 작아진다고 생각할 수 있다.)

더 길게 계산하면 다음과 같다.

cn=3n2−2n+54n3+3(1n31n3)=3n−2n2+5n34+3n3lim⁡n→∞cn=lim⁡n→∞3n−2n2+5n34+3n3=0−0+04+0=0\begin{aligned} c_n &= \dfrac{3n^2-2n+5}{4n^3+3}\left(\dfrac{\frac{1}{n^3}}{\frac{1}{n^3}}\right)=\dfrac{\frac{3}{n}-\frac{2}{n^2}+\frac{5}{n^3}}{4+\frac{3}{n^3}} \\\lim_{n \to \infty}c_n &= \lim_{n \to \infty}\dfrac{\frac{3}{n}-\frac{2}{n^2}+\frac{5}{n^3}}{4+\frac{3}{n^3}} = \dfrac{0-0+0}{4+0}=0 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

When determining the end behaviour of rational functions, recall from last semester that we can either cancel out the highest power of nn from the numerator and denominator, or skip this step and compare the highest powers of the numerator and denominator.

(a) Since the numerator has a higher degree than the denominator, this sequence will diverge to positive or negative infinity; since its terms are positive for large nn, its limit is (positive) infinity. (You can imagine that the numerator is growing much, much faster than the denominator, leading the terms to have a very, very large absolute value.)

Calculating the longer way:

an=3n2−2n+54n+3(1n1n)=3n−2+5n4+3nlim⁡n→∞an=lim⁡n→∞3n−2+5n4+3n=lim⁡n→∞3n−2+04+0=∞\begin{aligned} a_n &= \dfrac{3n^2-2n+5}{4n+3}\left(\dfrac{\frac1n}{\frac1n}\right)=\dfrac{3n-2+\frac5n}{4+\frac3n} \\\lim_{n \to \infty}a_n &= \lim_{n \to \infty}\dfrac{3n-2+\frac5n}{4+\frac3n} = \lim_{n \to \infty}\dfrac{3n-2+0}{4+0} = \infty \end{aligned} (b) Since the numerator has the same degree as the denominator, as nn goes to infinity, this sequence will converge to the ratio of their leading coefficients: 34\dfrac{3}{4}. (You can imagine that the numerator is growing at roughly the same rate as the denominator, so the terms settle into an almost-constant ratio.)

Calculating the longer way:

bn=3n2−2n+54n2+3(1n21n2)=3−2n+5n24+3n2lim⁡n→∞bn=lim⁡n→∞3−2n+5n24+3n2=3−0+04+0=34\begin{aligned} b_n &= \dfrac{3n^2-2n+5}{4n^2+3}\left(\dfrac{\frac{1}{n^2}}{\frac{1}{n^2}}\right)=\dfrac{3-\frac2n+\frac{5}{n^2}}{4+\frac{3}{n^2}} \\\lim_{n \to \infty}b_n &= \lim_{n \to \infty}\dfrac{3-\frac2n+\frac{5}{n^2}}{4+\frac{3}{n^2}} = \frac{3-0+0}{4+0}=\frac{3}{4} \end{aligned} (c) Since the numerator has a lower degree than the denominator, this sequence will converge to 0 as nn goes to infinity. (You can imagine that the denominator is growing much, much faster than the numerator, leading the terms to be very, very small.)

Calculating the longer way:

cn=3n2−2n+54n3+3(1n31n3)=3n−2n2+5n34+3n3lim⁡n→∞cn=lim⁡n→∞3n−2n2+5n34+3n3=0−0+04+0=0\begin{aligned} c_n &= \dfrac{3n^2-2n+5}{4n^3+3}\left(\dfrac{\frac{1}{n^3}}{\frac{1}{n^3}}\right)=\dfrac{\frac{3}{n}-\frac{2}{n^2}+\frac{5}{n^3}}{4+\frac{3}{n^3}} \\\lim_{n \to \infty}c_n &= \lim_{n \to \infty}\dfrac{\frac{3}{n}-\frac{2}{n^2}+\frac{5}{n^3}}{4+\frac{3}{n^3}} = \dfrac{0-0+0}{4+0}=0 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 11번
# 수열의 수렴과 발산계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
89.CLP-2 · 3.1절 · 11번우리말 번역

수열 an=4n3−21ne+1na_n = \dfrac{4n^3-21}{n^e+\frac{1}{n}} 의 극한을 구하세요.

영어 원문 보기

Determine the limit of the sequence an=4n3−21ne+1na_n = \dfrac{4n^3-21}{n^e+\frac{1}{n}}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

얼핏 보면 nn 이 커질 때 분자와 분모가 모두 매우 커지므로, 극한을 구하려면 조금 더 생각해야 한다.

이 수열은 유리함수 꼴이 아니지만, 분자와 분모를 모두 nen^e 으로 나누면 상황을 더 분명히 볼 수 있다.

an=4n3−21ne+1n(1ne1ne)=4n3−e−21ne1+1ne+1e<3 이므로 3−e 는 양수이고, 따라서 lim⁡n→∞n3−e=∞ 이다.lim⁡n→∞an=lim⁡n→∞4n3−e−21ne1+1ne+1=lim⁡n→∞4n3−e−01+0=∞\begin{aligned} a_n&=\dfrac{4n^3-21}{n^e+\frac{1}{n}}\left(\frac{\frac{1}{n^e}}{\frac{1}{n^e}}\right) = \dfrac{4n^{3-e}-\frac{21}{n^e}}{1+\frac{1}{n^{e+1}}} \\ \text{$e<3$ 이므로 $3-e$ 는 양수이고, 따라서 $\lim\limits_{n \to \infty}n^{3-e}=\infty$ 이다.} \\ \lim_{n \to \infty}a_n&=\lim_{n \to \infty} \dfrac{4n^{3-e}-\frac{21}{n^e}}{1+\frac{1}{n^{e+1}}} =\lim_{n \to \infty} \dfrac{4n^{3-e}-0}{1+0} = \infty \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

At first glance, we see both the numerator and denominator grow huge as nn increases, so we'll need to think a little further to find the limit.

We don't have a rational function, but we can still divide the top and bottom by nen^e to get a clearer picture.

an=4n3−21ne+1n(1ne1ne)=4n3−e−21ne1+1ne+1Since e<3, we see 3−e is positive, so lim⁡n→∞n3−e=∞.lim⁡n→∞an=lim⁡n→∞4n3−e−21ne1+1ne+1=lim⁡n→∞4n3−e−01+0=∞\begin{aligned} a_n&=\dfrac{4n^3-21}{n^e+\frac{1}{n}}\left(\frac{\frac{1}{n^e}}{\frac{1}{n^e}}\right) = \dfrac{4n^{3-e}-\frac{21}{n^e}}{1+\frac{1}{n^{e+1}}} \\ \text{Since $e<3$, we see $3-e$ is positive, so $\lim\limits_{n \to \infty}n^{3-e}=\infty$.} \\ \lim_{n \to \infty}a_n&=\lim_{n \to \infty} \dfrac{4n^{3-e}-\frac{21}{n^e}}{1+\frac{1}{n^{e+1}}} =\lim_{n \to \infty} \dfrac{4n^{3-e}-0}{1+0} = \infty \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 17번
# 수열의 수렴과 발산계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
90.CLP-2 · 3.1절 · 12번우리말 번역

수열 bn=n4+19n+3b_n = \dfrac{\sqrt[4]{n}+1}{\sqrt{9n+3}} 의 극한을 구하세요.

영어 원문 보기

Determine the limit of the sequence bn=n4+19n+3b_n = \dfrac{\sqrt[4]{n}+1}{\sqrt{9n+3}}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

이 수열은 유리식 꼴이 아니지만, 분자와 분모에서 n\sqrt{n} 을 묶어 내면 상황이 분명해진다.

bn=n4+19n+3(1n1n)=1n4+1n9+3nlim⁡n→∞bn=lim⁡n→∞1n4+1n9+3n=0+09+0=0\begin{aligned} b_n &= \dfrac{\sqrt[4]{n}+1}{\sqrt{9n+3}}\left(\dfrac{\frac{1}{\sqrt n}}{\frac{1}{\sqrt n}}\right)= \dfrac{\frac{1}{\sqrt[4]{n}}+\frac{1}{\sqrt{n}}}{\sqrt{9+\frac{3}{n}}}\\ \lim_{n \to \infty}b_n &= \lim_{n \to \infty} \dfrac{\frac{1}{\sqrt[4]{n}}+\frac{1}{\sqrt{n}}}{\sqrt{9+\frac{3}{n}}} = \dfrac{0+0}{\sqrt{9+0}}=0 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

This isn't a rational sequence, but factoring out n\sqrt{n} from the top and bottom will still clear things up.

bn=n4+19n+3(1n1n)=1n4+1n9+3nlim⁡n→∞bn=lim⁡n→∞1n4+1n9+3n=0+09+0=0\begin{aligned} b_n &= \dfrac{\sqrt[4]{n}+1}{\sqrt{9n+3}}\left(\dfrac{\frac{1}{\sqrt n}}{\frac{1}{\sqrt n}}\right)= \dfrac{\frac{1}{\sqrt[4]{n}}+\frac{1}{\sqrt{n}}}{\sqrt{9+\frac{3}{n}}}\\ \lim_{n \to \infty}b_n &= \lim_{n \to \infty} \dfrac{\frac{1}{\sqrt[4]{n}}+\frac{1}{\sqrt{n}}}{\sqrt{9+\frac{3}{n}}} = \dfrac{0+0}{\sqrt{9+0}}=0 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 10번
# 수열의 수렴과 발산계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
91.CLP-2 · 3.1절 · 14번우리말 번역

수열 an=nsin⁡nn2a_n = \dfrac{n^{\sin n}}{n^2} 의 극한을 구하세요.

영어 원문 보기

Determine the limit of the sequence an=nsin⁡nn2a_n = \dfrac{n^{\sin n}}{n^2}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

이 수열의 분모는 한없이 커진다. 분자는 예측하기 어렵다. nn 이 크다고 하자. sin⁡n\sin n 이 −1-1 에 가까우면 nsin⁡nn^{\sin n} 은 nn 의 거듭제곱이 “분모에 있는” 꼴이 되므로 nsin⁡nn^{\sin n} 이 0 에 매우 가까워질 수 있다. sin⁡n\sin n 이 1 에 가까우면 nsin⁡nn^{\sin n} 은 nn 에 가까우므로 크다.

이러한 변동을 다루기 위해 조임 정리를 사용한다.

  • 모든 nn 에 대해 −1≤sin⁡n≤1-1 \leq \sin n \leq 1 이므로, bn=n−1n2=1n3b_n = \frac{n^{-1}}{n^2} = \frac{1}{n^3} 과 cn=nn2=1nc_n = \frac{n}{n^2}=\frac{1}{n} 이라 하자. 그러면 bn≤an≤cnb_n \leq a_n \leq c_n 이다.
  • lim⁡n→∞bn=0\lim\limits_{n \to \infty}b_n=0 이고 lim⁡n→∞cn=0\lim\limits_{n \to \infty}c_n=0 이다.

따라서 조임 정리에 의해 lim⁡n→∞nsin⁡nn2=0\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{n^{\sin n}}{n^2}=0 이다.

참고: 모든 nn 에 대해 an≥0a_n \geq 0 이므로 아래쪽 경계로 bn=0b_n=0 을 사용할 수도 있었다.

원본 교재 풀이(영어)

The denominator of this sequence grows without bound. The numerator is unpredictable: imagine that nn is large. When sin⁡n\sin n is close to −1-1, nsin⁡nn^{\sin n} puts a power of nn “in the denominator," so we can have nsin⁡nn^{\sin n} very close to 0. When sin⁡n\sin n is close to 1, nsin⁡nn^{\sin n} is close to nn, which is large.

To control for these variations, we'll use the squeeze theorem.

  • Since −1≤sin⁡n≤1-1 \leq \sin n \leq 1 for all nn, let bn=n−1n2=1n3b_n = \frac{n^{-1}}{n^2} = \frac{1}{n^3} and cn=nn2=1nc_n = \frac{n}{n^2}=\frac{1}{n}. Then bn≤an≤cnb_n \leq a_n \leq c_n.
  • Both lim⁡n→∞bn=0\lim\limits_{n \to \infty}b_n=0 and lim⁡n→∞cn=0\lim\limits_{n \to \infty}c_n=0.

So, by the squeeze theorem, lim⁡n→∞nsin⁡nn2=0\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{n^{\sin n}}{n^2}=0 as well.

Remark: we also could have used bn=0b_n=0 for our lower bound, since an≥0a_n \geq 0 for all nn.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 15번
# 수열의 수렴과 발산계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
92.CLP-2 · 3.1절 · 15번우리말 번역

수열 dn=e−1/nd_n = e^{-1/n} 의 극한을 구하세요.

영어 원문 보기

Determine the limit of the sequence dn=e−1/nd_n = e^{-1/n}.

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정답·풀이 보기

dn=e−1/n=1e1/nlim⁡n→∞dn=lim⁡n→∞1e1/n=1e0=11=1\begin{aligned} d_n&=e^{-1/n}=\frac{1}{e^{1/n}}\\ \lim_{n \to \infty }d_n&=\lim_{n \to \infty }\frac{1}{e^{1/n}} = \frac{1}{e^0}=\frac11=1 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

dn=e−1/n=1e1/nlim⁡n→∞dn=lim⁡n→∞1e1/n=1e0=11=1\begin{aligned} d_n&=e^{-1/n}=\frac{1}{e^{1/n}}\\ \lim_{n \to \infty }d_n&=\lim_{n \to \infty }\frac{1}{e^{1/n}} = \frac{1}{e^0}=\frac11=1 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 18번
# 수열의 수렴과 발산계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
93.CLP-2 · 3.1절 · 17번우리말 번역

수열 bn=en2n+n2b_n=\dfrac{e^n}{2^n+n^2} 의 극한을 구하세요.

영어 원문 보기

Determine the limit of the sequence bn=en2n+n2b_n=\dfrac{e^n}{2^n+n^2}.

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정답·풀이 보기

먼저, 분자와 분모가 모두 한없이 커짐에 주목한다. 따라서 한쪽이 다른 쪽보다 훨씬 빠르게 커지는지, 아니면 일정한 비에 가까워지는지 판단해야 한다.

  • 풀이 1: 분자와 분모를 2n2^n (분모에서 가장 우세한 항이다. 이는 유리식에서 최고차항으로 묶어 내는 것과 같은 생각이다)으로 나누어 보자. bn=en2n+n2(12n12n)=(e2)n1+n22nb_n = \frac{e^n}{2^n+n^2}\left(\frac{\frac{1}{2^n}}{\frac{1}{2^n}}\right) = \frac{\left(\frac{e}{2}\right)^n}{1+\frac{n^2}{2^n}} e>2e>2 이므로 e2>1\dfrac{e}{2}>1 이고, 따라서 lim⁡n→∞(e2)n=∞\lim\limits_{n \to \infty}\left(\dfrac{e}{2}\right)^n=\infty 이다. 지수함수는 다항함수보다 훨씬 빠르게 증가하므로 lim⁡n→∞n22n=0\lim\limits_{n \to \infty}\frac{n^2}{2^n}=0 임도 알 수 있다. 따라서 lim⁡n→∞bn=lim⁡n→∞(e2)n1+n22n=lim⁡n→∞(e2)n1+0=∞\lim\limits_{n \to \infty}b_n = \lim\limits_{n \to \infty} \frac{\left(\frac{e}{2}\right)^n}{1+\frac{n^2}{2^n}} = \lim\limits_{n \to \infty} \frac{\left(\frac{e}{2}\right)^n}{1+0} = \infty
  • 풀이 2: 분자와 분모가 모두 한없이 증가하므로 로피탈의 정리를 적용한다. ddx{2x}=2xlog⁡2\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2^x\} = 2^x\log 2 임을 상기하자.

lim⁡n→∞bn=lim⁡n→∞en2n+n2⏟num→∞den→∞=lim⁡n→∞en2nlog⁡2+2n⏟num→∞den→∞=lim⁡n→∞en2n(log⁡2)2+2⏟num→∞den→∞=lim⁡n→∞en2n(log⁡2)3=1(log⁡2)3lim⁡n→∞(e2)n=∞\begin{aligned} \lim_{n \to \infty}b_n&=\lim_{n \to \infty}\underbrace{\dfrac{e^n}{2^n+n^2}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to \infty}{\mathrm{den}\to\infty}}\\ &=\lim_{n \to \infty}\underbrace{\frac{e^n}{2^n\log 2 + 2n}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to \infty}{\mathrm{den}\to\infty}}\\ &=\lim_{n \to \infty} \underbrace{\frac{e^n}{2^n(\log 2)^2 + 2}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}}\\ &=\lim_{n \to \infty}\frac{e^n}{2^n(\log 2)^3}\\ &=\frac{1}{(\log 2)^3}\lim_{n \to \infty}{\left(\frac{e}{2}\right)^n}\\ &=\infty \end{aligned}

e>2e>2 이므로 e2>1\dfrac{e}{2}>1 이고, 따라서 lim⁡n→∞(e2)n=∞\lim\limits_{n \to \infty}\left(\dfrac{e}{2}\right)^n=\infty 이다.

원본 교재 풀이(영어)

First, we note that both numerator and denominator grow without bound. So, we have to decide whether one outstrips the other, or whether they reach a stable ratio.

  • Solution 1: Let's try dividing the numerator and denominator by 2n2^n (the dominant term in the denominator; this is the same idea behind factoring out the leading term in rational expressions). bn=en2n+n2(12n12n)=(e2)n1+n22nb_n = \frac{e^n}{2^n+n^2}\left(\frac{\frac{1}{2^n}}{\frac{1}{2^n}}\right) = \frac{\left(\frac{e}{2}\right)^n}{1+\frac{n^2}{2^n}} Since e>2e>2, we see e2>1\dfrac{e}{2}>1, and so lim⁡n→∞(e2)n=∞\lim\limits_{n \to \infty}\left(\dfrac{e}{2}\right)^n=\infty. Since exponential functions grow much, much faster than polynomial functions, we also see lim⁡n→∞n22n=0\lim\limits_{n \to \infty}\frac{n^2}{2^n}=0. So, lim⁡n→∞bn=lim⁡n→∞(e2)n1+n22n=lim⁡n→∞(e2)n1+0=∞\lim\limits_{n \to \infty}b_n = \lim\limits_{n \to \infty} \frac{\left(\frac{e}{2}\right)^n}{1+\frac{n^2}{2^n}} = \lim\limits_{n \to \infty} \frac{\left(\frac{e}{2}\right)^n}{1+0} = \infty
  • Solution 2: Since the numerator and denominator both increase without bound, we apply l'Hopital's rule. Recall ddx{2x}=2xlog⁡2\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2^x\} = 2^x\log 2.

lim⁡n→∞bn=lim⁡n→∞en2n+n2⏟num→∞den→∞=lim⁡n→∞en2nlog⁡2+2n⏟num→∞den→∞=lim⁡n→∞en2n(log⁡2)2+2⏟num→∞den→∞=lim⁡n→∞en2n(log⁡2)3=1(log⁡2)3lim⁡n→∞(e2)n=∞\begin{aligned} \lim_{n \to \infty}b_n&=\lim_{n \to \infty}\underbrace{\dfrac{e^n}{2^n+n^2}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to \infty}{\mathrm{den}\to\infty}}\\ &=\lim_{n \to \infty}\underbrace{\frac{e^n}{2^n\log 2 + 2n}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to \infty}{\mathrm{den}\to\infty}}\\ &=\lim_{n \to \infty} \underbrace{\frac{e^n}{2^n(\log 2)^2 + 2}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}}\\ &=\lim_{n \to \infty}\frac{e^n}{2^n(\log 2)^3}\\ &=\frac{1}{(\log 2)^3}\lim_{n \to \infty}{\left(\frac{e}{2}\right)^n}\\ &=\infty \end{aligned}

Since e>2e>2, we see e2>1\dfrac{e}{2}>1, and so lim⁡n→∞(e2)n=∞\lim\limits_{n \to \infty}\left(\dfrac{e}{2}\right)^n=\infty.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 14번
# 수열의 수렴과 발산계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
94.CLP-2 · 3.1절 · 18번우리말 번역

다음 수열 {ak}\big\{a_k\big\} 의 극한이 존재하면 구하세요. 단,

ak=k!sin⁡3k(k+1)!a_k=\frac{k!\sin^3 k}{(k+1)!}

영어 원문 보기

Find the limit, if it exists, of the sequence {ak}\big\{a_k\big\}, where

ak=k!sin⁡3k(k+1)!a_k=\frac{k!\sin^3 k}{(k+1)!}

정답·풀이 보기

먼저 식을 간단히 한다. 0 이상의 정수 nn 에 대해 n!=n(n−1)(n−2)⋯(2)(1)n! = n(n-1)(n-2)\cdots(2)(1) 이므로 (k+1)!=(k+1)k!(k+1)!=(k+1)k! 이다.

ak=k!sin⁡3k(k+1)!=k!sin⁡3k(k+1)k!=sin⁡3kk+1\begin{aligned} a_k&=\frac{k!\sin^3k}{(k+1)!}=\frac{k!\sin^3k}{(k+1)k!} = \frac{\sin^3 k}{k+1} \end{aligned}

이제 조임 정리를 사용할 수 있다.

  • 모든 kk 에 대해 −1≤sin⁡k≤1-1 \leq \sin k \leq 1 이므로 −1≤sin⁡3k≤1-1 \leq \sin^3k \leq 1 이다. bk=−1k+1b_k = \frac{-1}{k+1}, ck=1k+1c_k = \frac{1}{k+1} 이라 하면 bk≤ak≤ckb_k \leq a_k \leq c_k 이다.
  • lim⁡k→∞bk=0\lim\limits_{k \to \infty}b_k=0 이고 lim⁡k→∞ck=0\lim\limits_{k \to \infty}c_k=0 이다.

따라서 조임 정리에 의해 lim⁡k→∞ak=0\displaystyle\lim_{k\to\infty} a_k=0 이다.

원본 교재 풀이(영어)

First, we simplify. Remember n!=n(n−1)(n−2)⋯(2)(1)n! = n(n-1)(n-2)\cdots(2)(1) for any whole number nn, so (k+1)!=(k+1)k!(k+1)!=(k+1)k! .

ak=k!sin⁡3k(k+1)!=k!sin⁡3k(k+1)k!=sin⁡3kk+1\begin{aligned} a_k&=\frac{k!\sin^3k}{(k+1)!}=\frac{k!\sin^3k}{(k+1)k!} = \frac{\sin^3 k}{k+1} \end{aligned}

Now, we can use the squeeze theorem.

  • −1≤sin⁡k≤1-1 \leq \sin k \leq 1 for all kk, so −1≤sin⁡3k≤1-1 \leq \sin^3k \leq 1. Let bk=−1k+1b_k = \frac{-1}{k+1} and ck=1k+1c_k = \frac{1}{k+1}. Then bk≤ak≤ckb_k \leq a_k \leq c_k.
  • Both lim⁡k→∞bk=0\lim\limits_{k \to \infty}b_k=0 and lim⁡k→∞ck=0\lim\limits_{k \to \infty}c_k=0.

So, by the squeeze theorem, also lim⁡k→∞ak=0\displaystyle\lim_{k\to\infty} a_k=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 19번
# 수열의 수렴과 발산계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
95.CLP-2 · 3.1절 · 19번우리말 번역

수열 {(−1)nsin⁡(1n)}\Big\{(-1)^n\sin\big(\frac{1}{n}\big)\Big\} 을 생각하세요. 이 수열이 수렴하는지 발산하는지 말하고, 수렴하면 그 극한을 쓰세요.

영어 원문 보기

Consider the sequence {(−1)nsin⁡(1n)}\Big\{(-1)^n\sin\big(\frac{1}{n}\big)\Big\}. State whether this sequence converges or diverges, and if it converges give its limit.

정답·풀이 보기

lim⁡n→∞(−1)n\lim\limits_{n\to \infty} (-1)^n 은 존재하지 않지만, 모든 nn 에 대해 −1≤(−1)n≤1-1 \leq (-1)^n\leq 1 임에 주목한다. 조임 정리를 사용하자.

  • an=−sin⁡(1n)a_n=-\sin\left(\frac{1}{n}\right), bn=sin⁡(1n)b_n=\sin\left(\frac{1}{n}\right) 이라 하면 an≤(−1)nsin⁡(1n)≤bna_n\leq (-1)^n\sin\left(\frac{1}{n}\right) \leq b_n 이다.
  • lim⁡n→∞1n=0\lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{n}=0 이고 sin⁡0=0\sin 0=0 이므로, lim⁡n→∞−sin⁡(1n)=0\lim\limits_{n \to \infty} -\sin\left(\frac{1}{n}\right)=0 이고 lim⁡n→∞sin⁡(1n)=0\lim\limits_{n \to \infty} \sin\left(\frac{1}{n}\right)=0 이다.

조임 정리에 의해 수열 {(−1)nsin⁡1n}\left\{(-1)^n\sin\frac{1}{n}\right\} 은 00 으로 수렴한다.

원본 교재 풀이(영어)

Note lim⁡n→∞(−1)n\lim\limits_{n\to \infty} (-1)^n doesn't exist, but −1≤(−1)n≤1-1 \leq (-1)^n\leq 1 for all nn. Let's use the squeeze theorem.

  • Let an=−sin⁡(1n)a_n=-\sin\left(\frac{1}{n}\right) and bn=sin⁡(1n)b_n=\sin\left(\frac{1}{n}\right). Then an≤(−1)nsin⁡(1n)≤bna_n\leq (-1)^n\sin\left(\frac{1}{n}\right) \leq b_n.
  • Both lim⁡n→∞−sin⁡(1n)=0\lim\limits_{n \to \infty} -\sin\left(\frac{1}{n}\right)=0 and lim⁡n→∞sin⁡(1n)=0\lim\limits_{n \to \infty} \sin\left(\frac{1}{n}\right)=0, since lim⁡n→∞1n=0\lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{n}=0 and sin⁡0=0.\sin 0=0.

By the squeeze theorem, the sequence {(−1)nsin⁡1n}\left\{(-1)^n\sin\frac{1}{n}\right\} converges to 00.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 29번
# 수열의 수렴과 발산계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
96.CLP-2 · 3.1절 · 21번우리말 번역

수열 {log⁡(sin⁡1n)+log⁡(2n)} \displaystyle\left\{\log\left(\sin\frac{1}{n}\right)+\log(2n)\right\} 의 극한을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the limit of the sequence {log⁡(sin⁡1n)+log⁡(2n)} \displaystyle\left\{\log\left(\sin\frac{1}{n}\right)+\log(2n)\right\} .

정답·풀이 보기

먼저 상황을 정리해 보자. n→∞n \to \infty 일 때 sin⁡(1/n)→sin⁡(0)=0\sin(1/n) \to \sin (0)=0 이므로 log⁡(sin⁡(1/n))→−∞\log\left(\sin(1/n)\right) \to -\infty 이다. 그런데 log⁡(2n)→∞\log(2n) \to \infty 이다. 따라서 두 부분이 수열의 항을 서로 다른 방향으로 끌어당기는 상황이 되어 판단하기 어렵다. ("−∞+∞=0-\infty+\infty=0" 과 같은 결론을 내릴 수 없음을 떠올리자.)

로그의 성질을 이용하여 더 명확하게 살펴보자.

log⁡(sin⁡1n)+log⁡(2n)=log⁡(2nsin⁡(1n))\begin{aligned} \log\left(\sin\frac{1}{n}\right)+\log(2n)&=\log\left(2n\sin\left(\frac1n\right)\right) \end{aligned}

그래도 여전히 부정형이다. 2nsin⁡(1/n)2n\sin(1/n) 은 한없이 커지는 2n2n 과 0에 가까워지는 sin⁡(1/n)\sin(1/n) 의 곱이기 때문이다. 앞에서 우리는 (약간의 식 변형 후) 로피탈의 정리로 부정형 0⋅∞0\cdot\infty 를 다룰 수 있음을 배웠지만, 더 간단한 방법이 있다. n→∞n \to \infty 일 때 1/n→01/n \to 0 임에 주목하자. 1n=x\frac{1}{n}=x 로 놓으면, 이 극한의 한 부분이 익숙한 꼴이 된다.

2nsin⁡(1n)=2(sin⁡xx)n→∞ 이면 x=1n→0 이다.lim⁡n→∞2nsin⁡(1n)=2lim⁡x→0sin⁡xx이 극한은 익숙하다:=2(1)=2그러면:lim⁡n→∞log⁡(2nsin⁡(1n))=log⁡2\begin{aligned} 2n\sin\left(\frac{1}{n}\right)&=2\left(\frac{\sin x}{x}\right) \\ \text{$n \to \infty$ 이면 $x = \frac{1}{n}\to 0$ 이다.} \\ \lim_{n \to \infty}2n\sin\left(\frac{1}{n}\right)&=2\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x} \\ \text{이 극한은 익숙하다:} \\ &=2(1)=2 \\ \text{그러면:} \\ \lim_{n \to \infty}\log\left(2n\sin\left(\frac{1}{n}\right)\right)&=\log 2 \end{aligned}

참고: lim⁡x→0sin⁡xx=1\displaystyle\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x}=1 임을 잊었다면, 이 극한도 로피탈의 정리를 이용하여 구할 수 있다.

lim⁡x→0sin⁡xx⏟num→0den→0=lim⁡x→0cos⁡x1=cos⁡0=1\begin{aligned} \underbrace{\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den}\to0}} &=\lim_{x \to 0}\frac{\cos x}{1}=\cos 0 =1 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Let's take stock: sin⁡(1/n)→sin⁡(0)=0\sin(1/n) \to \sin (0)=0 as n→∞n \to \infty, so log⁡(sin⁡(1/n))→−∞\log\left(\sin(1/n)\right) \to -\infty. However, log⁡(2n)→∞\log(2n) \to \infty. So, we have some tension here: the two pieces behave in ways that pull the terms of the sequence in different directions. (Recall we cannot conclude anything like “−∞+∞=0-\infty+\infty=0.")

We try using logarithm rules to get a clearer picture.

log⁡(sin⁡1n)+log⁡(2n)=log⁡(2nsin⁡(1n))\begin{aligned} \log\left(\sin\frac{1}{n}\right)+\log(2n)&=\log\left(2n\sin\left(\frac1n\right)\right) \end{aligned}

Still, we have indeterminate behaviour: 2nsin⁡(1/n)2n\sin(1/n) is the product of 2n2n, which grows without bound, and sin⁡(1/n)\sin(1/n), which approaches zero. In the past, we learned that we can handle the indeterminate form 0⋅∞0\cdot\infty with l'Hopital's rule (after a little algebra), but there's a slicker way. Note 1/n→01/n \to 0 as n→∞n \to \infty. If we write 1n=x\frac{1}{n}=x, then this piece of our limit resembles something familiar.

2nsin⁡(1n)=2(sin⁡xx)If n→∞, then x=1n→0.lim⁡n→∞2nsin⁡(1n)=2lim⁡x→0sin⁡xxThat limit is familiar:=2(1)=2Then:lim⁡n→∞log⁡(2nsin⁡(1n))=log⁡2\begin{aligned} 2n\sin\left(\frac{1}{n}\right)&=2\left(\frac{\sin x}{x}\right) \\ \text{If $n \to \infty$, then $x = \frac{1}{n}\to 0$.} \\ \lim_{n \to \infty}2n\sin\left(\frac{1}{n}\right)&=2\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x} \\ \text{That limit is familiar:} \\ &=2(1)=2 \\ \text{Then:} \\ \lim_{n \to \infty}\log\left(2n\sin\left(\frac{1}{n}\right)\right)&=\log 2 \end{aligned}

Note: if you have forgotten that lim⁡x→0sin⁡xx=1\displaystyle\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x}=1, you can also evaluate this limit using l'Hopital's rule:

lim⁡x→0sin⁡xx⏟num→0den→0=lim⁡x→0cos⁡x1=cos⁡0=1\begin{aligned} \underbrace{\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den}\to0}} &=\lim_{x \to 0}\frac{\cos x}{1}=\cos 0 =1 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 8.1절 · 1번
# 수열의 수렴과 발산계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
97.CLP-2 · 3.1절 · 22번우리말 번역

lim⁡n→∞[n2+5n−n2−5n]\displaystyle\lim_{n \to \infty}\left[\sqrt{n^2+5n}-\sqrt{n^2-5n}\right] 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡n→∞[n2+5n−n2−5n]\displaystyle\lim_{n \to \infty}\left[\sqrt{n^2+5n}-\sqrt{n^2-5n}\right].

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

먼저, 이 수열은 nn 이 작은 일부 값에서는 정의되지 않지만 n≥5n \geq 5 이면 정의되므로, n→∞n \to \infty 일 때의 극한을 취하는 데에는 문제가 없다. 둘째, 이 극한은 ∞−∞\infty-\infty 꼴의 부정형이다. 이 꼴은 부정형이므로, 극한이 존재한다면 그 값을 구하기 위해 더 계산해야 한다.

지난 학기에 이런 꼴의 함수에서 보았던 대표적인 방법은 식의 켤레식 n2+5n+n2−5n\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n} 을 곱하고 나누는 것이다. 그러면 분모는 비슷한 두 항의 차가 아니라 합이 된다. 이것이 왜 도움이 되는지는 아래 계산을 보면 알 수 있다.

n2+5n−n2−5n=(n2+5n−n2−5n)(n2+5n+n2−5nn2+5n+n2−5n)=(n2+5n)−(n2−5n)n2+5n+n2−5n=10nn2+5n+n2−5n이제 분자와 분모에서 n 을 약분한다. n=n2 임에 주의한다.=10nn2+5n+n2−5n(1n1n)=10nn2+5n+n2−5n(1n1n2)=101+5n+1−5n이제 극한이 분명하다.lim⁡n→∞101+5n+1−5n=101+0+1+0=101+1=5\begin{aligned} \sqrt{n^2+5n}-\sqrt{n^2-5n}&=\big(\sqrt{n^2+5n}-\sqrt{n^2-5n}\big)\left(\frac{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}}{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}}\right)\\ &=\frac{(n^2+5n)-(n^2-5n)}{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}}\\ &=\frac{10n}{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}} \\ \text{이제 분자와 분모에서 $n$ 을 약분한다. $n=\sqrt{n^2}$ 임에 주의한다.} \\ &=\frac{10n}{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}}\left(\frac{\frac1n}{\frac1n}\right)\\ &=\frac{10n}{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}}\left(\frac{\frac1n}{\frac{1}{\sqrt{n^2}}}\right)\\ &=\frac{10}{\sqrt{1+\frac5n}+\sqrt{1-\frac5n}} \\ \text{이제 극한이 분명하다.} \\ \lim_{n \to \infty}\frac{10}{\sqrt{1+\frac5n}+\sqrt{1-\frac5n}}&=\frac{10}{\sqrt{1+0}+\sqrt{1+0}}=\frac{10}{1+1}=5 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

First, although this sequence is not defined for some small values of nn, it is defined as long as n≥5n \geq 5, so it's not a problem to take the limit as n→∞n \to \infty. Second, we notice that our limit has the indeterminate form ∞−∞\infty-\infty. Since this form is indeterminate, more work is needed to find our limit, if it exists.

A standard trick we saw last semester with functions of this form was to multiply and divide by the conjugate of the expression, n2+5n+n2−5n\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}. Then the denominator will be the sum of two similar things, rather than their difference. See the work below to find out why that is helpful.

n2+5n−n2−5n=(n2+5n−n2−5n)(n2+5n+n2−5nn2+5n+n2−5n)=(n2+5n)−(n2−5n)n2+5n+n2−5n=10nn2+5n+n2−5nNow, we’ll cancel out n from the top and the bottom. Note n=n2.=10nn2+5n+n2−5n(1n1n)=10nn2+5n+n2−5n(1n1n2)=101+5n+1−5nNow, the limit is clear.lim⁡n→∞101+5n+1−5n=101+0+1+0=101+1=5\begin{aligned} \sqrt{n^2+5n}-\sqrt{n^2-5n}&=\big(\sqrt{n^2+5n}-\sqrt{n^2-5n}\big)\left(\frac{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}}{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}}\right)\\ &=\frac{(n^2+5n)-(n^2-5n)}{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}}\\ &=\frac{10n}{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}} \\ \text{Now, we'll cancel out $n$ from the top and the bottom. Note $n=\sqrt{n^2}$.} \\ &=\frac{10n}{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}}\left(\frac{\frac1n}{\frac1n}\right)\\ &=\frac{10n}{\sqrt{n^2+5n}+\sqrt{n^2-5n}}\left(\frac{\frac1n}{\frac{1}{\sqrt{n^2}}}\right)\\ &=\frac{10}{\sqrt{1+\frac5n}+\sqrt{1-\frac5n}} \\ \text{Now, the limit is clear.} \\ \lim_{n \to \infty}\frac{10}{\sqrt{1+\frac5n}+\sqrt{1-\frac5n}}&=\frac{10}{\sqrt{1+0}+\sqrt{1+0}}=\frac{10}{1+1}=5 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 21번
# 수열의 수렴과 발산계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
98.CLP-2 · 3.1절 · 24번우리말 번역

수열 {n[(2+1n)100−2100]}n=1∞\left\{n\left[\left(2+\frac1n\right)^{100}-2^{100}\right]\right\}_{n=1}^{\infty} 의 극한을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate the limit of the sequence {n[(2+1n)100−2100]}n=1∞\left\{n\left[\left(2+\frac1n\right)^{100}-2^{100}\right]\right\}_{n=1}^{\infty}.

정답·풀이 보기

먼저, 이 극한이 부정형임에 주목한다. nn 이 커지면 2+1n→22+\frac1n \to 2 이므로 n[(2+1n)100−2100]n\left[\left(2+\frac1n\right)^{100}-2^{100}\right] 은 ∞⋅0\infty \cdot 0 꼴이다. 이 어려움을 해결하기 위해 약간의 대수적 계산과 로피탈 정리를 쓸 수도 있지만, 더 깔끔한 방법이 있다. h=1nh = \frac{1}{n} 로 놓으면 n→∞n\to\infty 일 때 h→0h \to 0 이고, 구하는 극한은 다음과 같다.

lim⁡n→∞n[(2+1n)100−2100]=lim⁡h→0(2+h)100−2100h이것은 미분계수의 정의를 떠올리게 한다.ddx{x100}=lim⁡h→0(x+h)100−x100h\begin{aligned} \lim_{n \to \infty}n\left[\left(2+\frac1n\right)^{100}-2^{100}\right]&= \lim_{h \to 0}\frac{\left(2+h\right)^{100}-2^{100}}{h} \\ \text{이것은 미분계수의 정의를 떠올리게 한다.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{x^{100}\right\}&=\lim_{h \to 0}\frac{(x+h)^{100}-x^{100}}{h} \end{aligned}

따라서 f(x)=x100f(x)=x^{100} 으로 놓으면 구하는 극한은 곧 f′(2)f'(2) 이다. 즉 [100x99]x=2=100⋅299\left[100x^{99}\right]_{x=2}= 100\cdot 2^{99} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

First, we note that we have in indeterminate form: as nn grows, 2+1n→22+\frac1n \to 2, so n[(2+1n)100−2100]n\left[\left(2+\frac1n\right)^{100}-2^{100}\right] has the form ∞⋅0\infty \cdot 0. To overcome this difficulty, we could use some algebra and l'Hopital's rule, but there's a slicker way. If we let h=1nh = \frac{1}{n}, then h→0h \to 0 as n→∞n\to\infty, and our limit looks like:

lim⁡n→∞n[(2+1n)100−2100]=lim⁡h→0(2+h)100−2100hThis reminds us of the definition of a derivative.ddx{x100}=lim⁡h→0(x+h)100−x100h\begin{aligned} \lim_{n \to \infty}n\left[\left(2+\frac1n\right)^{100}-2^{100}\right]&= \lim_{h \to 0}\frac{\left(2+h\right)^{100}-2^{100}}{h} \\ \text{This reminds us of the definition of a derivative.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{x^{100}\right\}&=\lim_{h \to 0}\frac{(x+h)^{100}-x^{100}}{h} \end{aligned}

So, if we set f(x)=x100f(x)=x^{100}, our limit is simply f′(2)f'(2). That is, [100x99]x=2=100⋅299\left[100x^{99}\right]_{x=2}= 100\cdot 2^{99}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 22번
# 수열의 수렴과 발산계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
99.CLP-2 · 3.1절 · 28번우리말 번역

수열 bn=(1+3n+5n2)n\displaystyle b_n=\left(1+\frac{3}{n}+\frac{5}{n^2}\right)^n 의 극한을 구하세요.

영어 원문 보기

Determine the limit of the sequence bn=(1+3n+5n2)n\displaystyle b_n=\left(1+\frac{3}{n}+\frac{5}{n^2}\right)^n.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

극한을 그냥 구하려 하면 부정형 1∞1^{\infty} 가 나온다. 로피탈의 정리를 쓰고 싶지만 ∞∞\frac{\infty}{\infty} 꼴이나 00\frac{0}{0} 꼴이 아니므로 로그를 써야 한다. 또한 로피탈의 정리는 실수에서 정의된 미분가능한 함수에 적용되므로, 수열 대신 함수를 생각한다.

수열의 모든 항이 양수임에 주목한다.

  • 풀이 1: x=1nx=\frac{1}{n}, f(x)=(1+3x+5x2)1/xf(x)=\left(1+3x+5x^2\right)^{1/x} 로 정의한다. 그러면 bn=f(1n)=f(x)b_n=f\left(\frac{1}{n}\right)=f(x) 이고, lim⁡n→∞f(1n)=lim⁡x→0+f(x).\lim_{n \to \infty} f\left(\frac{1}{n}\right) = \lim_{x \to 0^+}f(x). 이 극한이 존재하면 lim⁡n→∞bn\lim\limits_{n \to \infty}b_n 과 같다.

lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+(1+3x+5x2)1/xlim⁡x→0+log⁡[f(x)]=lim⁡x→0+log⁡[(1+3x+5x2)1/x]=lim⁡x→0+log⁡[1+3x+5x2]x⏟num→0den→0=lim⁡x→0+3+10x1+3x+5x21=3lim⁡x→0+f(x)=e3\begin{aligned} \lim_{x \to 0^+}f(x)&= \lim_{x \to 0^+} \left(1+3x+5x^2\right)^{1/x}\\ \lim_{x \to 0^+}\log[f(x)]&= \lim_{x \to 0^+} \log\left[\left(1+3x+5x^2\right)^{1/x}\right] =\underbrace{ \lim_{x \to 0^+}\frac{ \log\left[1+3x+5x^2 \right]}{x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den}\to0}}\\ &=\lim_{x \to 0^+}\frac{\frac{3+10x}{1+3x+5x^2}}{1}=3\\ \lim_{x \to 0^+}f(x)&=e^3 \end{aligned}

극한이 존재하므로 lim⁡n→∞bn=e3\lim\limits_{n \to \infty}b_n=e^3 이다.

  • 풀이 2: x=1nx=\frac{1}{n} 로 놓는 간단한 방법을 떠올리지 못했더라도, g(x)=(1+3x+5x2)xg(x)=\left(1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}\right)^{x} 를 이용하여 문제를 풀 수 있다.

g(x)=(1+3x+5x2)xlog⁡[g(x)]=xlog⁡[1+3x+5x2]=log⁡[1+3x+5x2]1/x⏟num→0den→0lim⁡x→∞log⁡[g(x)]=lim⁡x→∞−3x2−10x31+3x+5x2−1x2=lim⁡x→∞x23x2+10x31+3x+5x2=lim⁡x→∞3+10x1+3x+5x2=3+01+0+0=3lim⁡x→∞f(x)=e3\begin{aligned} g(x)&=\left(1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}\right)^x\\ \log [g(x)]&= x\log\left[1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}\right] =\underbrace{\frac{\log\left[1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}\right]}{1/x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den}\to0}}\\ \lim_{x \to \infty} \log[g(x)]&=\lim_{x \to \infty}\dfrac{\frac{-\frac{3}{x^2}-\frac{10}{x^3}}{1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}}}{\frac{-1}{x^2}}= \lim_{x \to \infty}x^2\frac{\frac{3}{x^2}+\frac{10}{x^3}}{1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}} = \lim_{x \to \infty}\frac{3+\frac{10}{x}}{1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}} = \frac{3+0}{1+0+0}=3\\ \lim_{x \to \infty} f(x)&=e^3\end{aligned}

극한이 존재하므로 lim⁡n→∞bn=e3\lim\limits_{n \to \infty} b_n =e^3 이다.

원본 교재 풀이(영어)

If we naively try to find the limit, we run up against the indeterminate form 1∞1^{\infty}. We'd like to use l'Hopital's rule, but we don't have the form ∞∞\frac{\infty}{\infty} or 00\frac{0}{0}–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=1nx=\frac{1}{n}, and f(x)=(1+3x+5x2)1/xf(x)=\left(1+3x+5x^2\right)^{1/x}. Then bn=f(1n)=f(x)b_n=f\left(\frac{1}{n}\right)=f(x), and lim⁡n→∞f(1n)=lim⁡x→0+f(x).\lim_{n \to \infty} f\left(\frac{1}{n}\right) = \lim_{x \to 0^+}f(x). If this limit exists, it is equal to lim⁡n→∞bn\lim\limits_{n \to \infty}b_n.

lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+(1+3x+5x2)1/xlim⁡x→0+log⁡[f(x)]=lim⁡x→0+log⁡[(1+3x+5x2)1/x]=lim⁡x→0+log⁡[1+3x+5x2]x⏟num→0den→0=lim⁡x→0+3+10x1+3x+5x21=3lim⁡x→0+f(x)=e3\begin{aligned} \lim_{x \to 0^+}f(x)&= \lim_{x \to 0^+} \left(1+3x+5x^2\right)^{1/x}\\ \lim_{x \to 0^+}\log[f(x)]&= \lim_{x \to 0^+} \log\left[\left(1+3x+5x^2\right)^{1/x}\right] =\underbrace{ \lim_{x \to 0^+}\frac{ \log\left[1+3x+5x^2 \right]}{x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den}\to0}}\\ &=\lim_{x \to 0^+}\frac{\frac{3+10x}{1+3x+5x^2}}{1}=3\\ \lim_{x \to 0^+}f(x)&=e^3 \end{aligned}

Since the limit exists, lim⁡n→∞bn=e3\lim\limits_{n \to \infty}b_n=e^3.

  • Solution 2: If we didn't see the nice simplifying trick of letting x=1nx=\frac{1}{n}, we can still solve the problem using g(x)=(1+3x+5x2)xg(x)=\left(1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}\right)^{x}:

g(x)=(1+3x+5x2)xlog⁡[g(x)]=xlog⁡[1+3x+5x2]=log⁡[1+3x+5x2]1/x⏟num→0den→0lim⁡x→∞log⁡[g(x)]=lim⁡x→∞−3x2−10x31+3x+5x2−1x2=lim⁡x→∞x23x2+10x31+3x+5x2=lim⁡x→∞3+10x1+3x+5x2=3+01+0+0=3lim⁡x→∞f(x)=e3\begin{aligned} g(x)&=\left(1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}\right)^x\\ \log [g(x)]&= x\log\left[1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}\right] =\underbrace{\frac{\log\left[1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}\right]}{1/x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den}\to0}}\\ \lim_{x \to \infty} \log[g(x)]&=\lim_{x \to \infty}\dfrac{\frac{-\frac{3}{x^2}-\frac{10}{x^3}}{1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}}}{\frac{-1}{x^2}}= \lim_{x \to \infty}x^2\frac{\frac{3}{x^2}+\frac{10}{x^3}}{1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}} = \lim_{x \to \infty}\frac{3+\frac{10}{x}}{1+\frac{3}{x}+\frac{5}{x^2}} = \frac{3+0}{1+0+0}=3\\ \lim_{x \to \infty} f(x)&=e^3\end{aligned}

Since the limit exists, lim⁡n→∞bn=e3\lim\limits_{n \to \infty} b_n =e^3

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.1절 · 27번
# 수열의 수렴과 발산계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)