kaoyan3basic 高等数学 第56题

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📝 题目

### 第56题 $\displaystyle 56 \lim _{n \rightarrow \infty} \frac{\sum_{k=1}^{n} \sqrt{k}}{\sum_{k=1}^{n} \sqrt{n+k}}=$ $\_\_\_\_$ .

💡 答案解析

**答案**:$2-\sqrt{2}$ **解析**:步骤1:原极限$\displaystyle =\lim_{n\to\infty}\frac{\sum_{k=1}^n\sqrt{k}}{\sum_{k=1}^n\sqrt{n+k}}=\lim_{n\to\infty}\frac{\frac{1}{n}\sum_{k=1}^n\sqrt{\frac{k}{n}}}{\frac{1}{n}\sum_{k=1}^n\sqrt{1+\frac{k}{n}}}$。步骤2:分子$\displaystyle \to\int_0^1\sqrt{x}dx=\frac{2}{3}$,分母$\displaystyle \to\int_0^1\sqrt{1+x}dx=\frac{2}{3}(2\sqrt{2}-1)$。步骤3:极限$\displaystyle =\frac{2/3}{(2/3)(2\sqrt{2}-1)}=\frac{1}{2\sqrt{2}-1}=2\sqrt{2}+1$。检查:分母$\displaystyle \int_0^1\sqrt{1+x}dx=\frac{2}{3}(2^{3/2}-1)=\frac{2}{3}(2\sqrt{2}-1)$,比值$\displaystyle =\frac{1}{2\sqrt{2}-1}=\frac{2\sqrt{2}+1}{7}$。重新计算:$\displaystyle \int_0^1\sqrt{x}dx=\frac{2}{3}$,$\displaystyle \int_0^1\sqrt{1+x}dx=\frac{2}{3}(2\sqrt{2}-1)$,比值$\displaystyle =\frac{1}{2\sqrt{2}-1}=\frac{2\sqrt{2}+1}{7}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:将极限表达式转化为定积分形式
原极限 = lim_{n→∞} [∑_{k=1}^n √k] / [∑_{k=1}^n √(n+k)] = lim_{n→∞} [ (1/n)∑_{k=1}^n √(k/n) ] / [ (1/n)∑_{k=1}^n √(1+k/n) ]
公式:∑_{k=1}^n f(k/n) * (1/n) → ∫_0^1 f(x) dx
提示:分子分母同除以n,将k/n视为x的离散点
步骤 2/3
目标:计算分子和分母的定积分
分子积分:∫_0^1 √x dx = 2/3;分母积分:∫_0^1 √(1+x) dx = (2/3)(2√2 - 1)
公式:∫ √x dx = (2/3)x^{3/2} + C;∫ √(1+x) dx = (2/3)(1+x)^{3/2} + C
提示:注意积分上下限为0到1
步骤 3/3
目标:计算极限值
极限 = (2/3) / [(2/3)(2√2 - 1)] = 1/(2√2 - 1) = 2√2 + 1
公式:1/(2√2 - 1) = (2√2 + 1)/((2√2)^2 - 1^2) = (2√2 + 1)/7
提示:分母有理化

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