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Aufgabe:

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Aufgabe 4 (5 Punkte). Seien kN k \in \mathbb{N} und xR x \in \mathbb{R} mit x>1 |x|>1 . Zeigen Sie, dass
limnnkxn=0. \lim \limits_{n \rightarrow \infty} \frac{n^{k}}{x^{n}}=0 .

Hinweis: Adaptieren Sie Beispiel 4.16 oder schätzen Sie (1+y)n (1+y)^{n} für n>2k n>2 k und y : =x1 y:=|x|-1 gegen einen geeigneten Summanden im binomischen Lehrsatz ab.

Ich würde gerne den Weg sehen mit der Schätzung. Kann mir da jemand weiterhelfen?

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1 Antwort

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Es genügt zu zeigen, dass

limnnkxn=limnnkxn=0\lim \limits_{n \rightarrow \infty} \left|\frac{n^{k}}{x^{n}} \right| =\lim \limits_{n \rightarrow \infty}\frac{n^{k}}{|x|^{n}} =0

Wegen x>1|x|> 1, gilt y=x1>0y=|x|-1> 0. Damit gilt

xn=(1+y)n=l=0n(nl)yly>0(nl)yl fu¨l=1,,n|x|^n = (1+y)^n =\sum_{l=0}^n\binom nl y^l \stackrel{y>0}{\geq}\binom nl y^l \text{ für } l=1,\ldots , n

Für n>k+1n> k+1 nehmen wir nun folgenden Binomialkoeffizienten:

(nk+1)=n!(k+1)!(n(k+1))!=n(n1)(nk)(k+1)!\binom{n}{k+1}=\frac{n!}{(k+1)!(n-(k+1))!}=\frac{n(n-1)\cdots (n-k)}{(k+1)!}=nk+11(11n)(1kn)(k+1)!()=n^{\color{blue}k+1}\frac{1\cdot \left(1-\frac 1n\right)\cdots \left(1-\frac kn\right)}{(k+1)!} \quad (\star)

Damit können wir nun nach oben abschätzen:

nkxn=nk(1+y)nnk(nk+1)yk+1=()1n(k+1)!(11n)(1kn)yk+1n0(k+1)!yk+1=0\frac{n^k}{|x|^n}=\frac{n^k}{(1+y)^n}\leq \frac{n^k}{\binom{n}{k+1}y^{k+1}}\stackrel{(\star)}{=}\frac 1n \cdot \frac{(k+1)!}{\left(1-\frac 1n\right)\cdots \left(1-\frac kn\right)y^{k+1}}\stackrel{n\to\infty}{\longrightarrow}0\cdot \frac{(k+1)!}{y^{k+1}} = 0

Fertig.

Avatar von 12 k

=nk+11(11n)(1kn)(k+1)!()=n^{\color{blue}k+1}\frac{1\cdot \left(1-\frac 1n\right)\cdots \left(1-\frac kn\right)}{(k+1)!} \quad (\star)


was ist mit diesem schritt?

wieso ist k+1 markiert ?

LG

Damit man sich später bei der Benutzung von ()(\star) beim Abschätzen nicht wundert, wo das 1n\frac 1n herkommt.

Hättest du auf Anhieb gesehen, dass man aus dem Produkt nk+1n^{k+1} ausklammern kann? Dann Gratulation! :-)

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