寻求某数列极限的简洁巧妙求解方法
嘿,太懂你两次算这个极限的烦躁了——硬拆硬算确实又笨又费时间,咱们直接来聊两个清爽的巧解思路,轻松得到结果 ( \sqrt[3]{4} ):
首先先明确咱们要算的极限:
$$\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\frac{(n+2)(n+5)\cdot\ldots\cdot(n+3r-1)\cdot\ldots\cdot(4n-1)}{(n+1)(n+4)\cdot\ldots\cdot(n+3r-2)\cdot\ldots\cdot(4n-2)}$$
方法一:对数转求和 + 调和数近似
这是处理乘积型极限的经典巧招,把乘积拆成对数求和,再用调和数的渐近性质简化:
取对数转化为求和
设极限值为 ( L ),对分子分母取自然对数,可得:
$$\ln L = \lim_{n \to \infty} \sum_{k=0}^{n-1} \ln\left( \frac{n+3k+2}{n+3k+1} \right)$$
这里每一项都是 ( \ln\left(1 + \frac{1}{n+3k+1}\right) ),当n很大时,我们可以用近似 ( \ln(1+x) \approx x )(x趋近于0时),所以求和式近似为:
$$\ln L \approx \lim_{n \to \infty} \sum_{k=0}^{n-1} \frac{1}{n+3k+1}$$用调和数渐近式计算
调和数 ( H_m = \sum_{t=1}^m \frac{1}{t} \approx \ln m + \gamma )(( \gamma ) 是欧拉常数,求极限时会抵消)。把求和式变形:
$$\sum_{k=0}^{n-1} \frac{1}{n+3k+1} = \frac{1}{3} \sum_{k=0}^{n-1} \frac{3}{n+3k+1} \approx \frac{1}{3} \left( \ln(4n) - \ln n \right)$$
当n趋近于无穷大时,上式结果就是 ( \frac{1}{3} \ln4 ),所以 ( \ln L = \frac{1}{3}\ln4 ),即 ( L = \sqrt[3]{4} )。
方法二:Gamma函数渐近性质
如果你熟悉Gamma函数的话,用它的渐近公式也能快速搞定:
- 用Gamma函数表示分子分母的乘积
对于等差数列的乘积,我们可以用Gamma函数来表示:
- 分子是公差为3的等差数列乘积:( \prod_{k=0}^{n-1} (n+2+3k) = 3^n \cdot \frac{\Gamma\left(\frac{4n+2}{3}\right)}{\Gamma\left(\frac{n+2}{3}\right)} )
- 分母同理:( \prod_{k=0}^{n-1} (n+1+3k) = 3^n \cdot \frac{\Gamma\left(\frac{4n+1}{3}\right)}{\Gamma\left(\frac{n+1}{3}\right)} )
- 代入Gamma函数的渐近公式
当x趋近于无穷大时,( \Gamma(x+a) \approx x^a \cdot \Gamma(x) ),把这个性质代入分子分母的Gamma函数中,约分后就能直接得到:
$$L = \lim_{n \to \infty} \frac{\Gamma\left(\frac{4n+2}{3}\right)\Gamma\left(\frac{n+1}{3}\right)}{\Gamma\left(\frac{n+2}{3}\right)\Gamma\left(\frac{4n+1}{3}\right)} = \sqrt[3]{4}$$
这两种方法都绕开了繁琐的硬算步骤,不管是用对数转求和的初等思路,还是用Gamma函数的进阶技巧,都能快速得到结果~
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Moustapha_M_I

