Math Problem Statement

Я знаю, что limn+n+1n=0\lim_{n\to+\infty}\sqrt{n+1}-\sqrt{n}=0. Могу ли я при вычислении предела написать, что n+1n=n+1n=1n+1+n<1n<ϵ\left|\sqrt{n+1}-n\right|=\sqrt{n+1}-n=\frac{1}{\sqrt{n+1}+\sqrt{n}}<\frac{1}{\sqrt{n}}<\epsilon. И если да, то почему?

Solution

Давайте разберём ваш вопрос по шагам.

  1. Формулировка задачи: Мы знаем, что предел limn+(n+1n)=0\lim_{n \to +\infty} \left( \sqrt{n+1} - \sqrt{n} \right) = 0.
    Вы хотите понять, можно ли для оценки предела использовать неравенства вида: n+1n=1n+1+n<1n<ϵ.\left|\sqrt{n+1} - \sqrt{n}\right| = \frac{1}{\sqrt{n+1} + \sqrt{n}} < \frac{1}{\sqrt{n}} < \epsilon.

  2. Рассмотрим шаги в вашем неравенстве:

    Вы правильно применяете стандартный приём для упрощения выражения разности корней:
    n+1n=(n+1n)(n+1+n)n+1+n=1n+1+n.\sqrt{n+1} - \sqrt{n} = \frac{(\sqrt{n+1} - \sqrt{n})(\sqrt{n+1} + \sqrt{n})}{\sqrt{n+1} + \sqrt{n}} = \frac{1}{\sqrt{n+1} + \sqrt{n}}.

    Далее вы используете оценку:
    1n+1+n<1n.\frac{1}{\sqrt{n+1} + \sqrt{n}} < \frac{1}{\sqrt{n}}. Это верно, так как при увеличении nn, сумма n+1+n\sqrt{n+1} + \sqrt{n} становится всё больше и больше, следовательно, обратное к этой сумме число становится меньше.

  3. Оценка выражения через ε:

    Вы хотите утверждать, что при достаточно больших nn справедливо следующее неравенство:
    1n<ϵ,\frac{1}{\sqrt{n}} < \epsilon, что будет означать, что разность корней n+1n\left|\sqrt{n+1} - \sqrt{n}\right| становится меньше произвольного положительного числа ϵ\epsilon.

    Для этого нужно выбрать достаточно большое nn, чтобы выполнить условие: n>1ϵ,илиn>1ϵ2.\sqrt{n} > \frac{1}{\epsilon}, \quad \text{или} \quad n > \frac{1}{\epsilon^2}.

    Таким образом, при n>1ϵ2n > \frac{1}{\epsilon^2}, неравенство 1n<ϵ\frac{1}{\sqrt{n}} < \epsilon будет верно.

  4. Заключение:

    Да, вы можете использовать это рассуждение, поскольку для любого ϵ>0\epsilon > 0 найдётся достаточно большое nn, удовлетворяющее данному условию. Это подтверждает, что предел limn+(n+1n)=0\lim_{n\to+\infty}\left(\sqrt{n+1}-\sqrt{n}\right) = 0, так как разность корней стремится к нулю при n+n \to +\infty.

Таким образом, ваше рассуждение корректно и позволяет доказать, что разность корней действительно стремится к нулю.

Хотите ли вы получить дополнительные подробности по этому вопросу?

Вот 5 вопросов для расширения темы:

  1. Как можно оценить скорость убывания n+1n\sqrt{n+1} - \sqrt{n} к нулю?
  2. Как данное неравенство можно применить для других формул, включающих корни?
  3. Как использовать эквивалентность функций для вычисления пределов подобных выражений?
  4. Что можно сказать о подобных разностях, если nn заменяется на более сложное выражение?
  5. Как математически обосновать выбор n>1ϵ2n > \frac{1}{\epsilon^2} более строго?

Совет: Для точной оценки асимптотических пределов полезно рассматривать эквивалентные функции и делать разложения в ряд Тейлора для более сложных выражений.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Limits
Inequalities
Square Roots
Asymptotics

Formulas

$$ \lim_{n\to+\infty}\sqrt{n+1}-\sqrt{n}=0 $$
$$ \sqrt{n+1} - \sqrt{n} = \frac{1}{\sqrt{n+1} + \sqrt{n}} $$
$$ \frac{1}{\sqrt{n}} < \epsilon $$

Theorems

Limit Theorem
Inequality Handling for Large n

Suitable Grade Level

Undergraduate - Calculus I or II