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P72 問70 (第3章 数列)

問70

lim𝑛1𝑛(1+12+13++1𝑛)=0証明せよ.

 lim𝑛1+12++1𝑛 は発散するのに,平均を取ると収束するのはおもしろいですね.平均をとっても発散するだろうと思ってしまうけれど.

 セザロ平均の定理を使って,0 に収束することを示します.

セザロ平均の定理

数列𝑎𝑛が収束し,lim𝑛𝑎𝑛=𝐿 ならば,lim𝑛𝑎1+𝑎2++𝑎𝑛𝑛=𝐿

 1𝑛 が掛けられているのではなく,平均を計算していると見えないとセザロ平均の利用ができません.私はまさにそれでした.

 lim𝑛1+12++1𝑛 は発散するので,極限の乗法( lim1𝑛lim(1+12++1𝑛) )では極限を計算できません.また,1𝑛(1+12++1𝑛)を展開し,1𝑛+12𝑛++1𝑛2 に極限の加法を適用して,lim1𝑛+lim12𝑛++lim1𝑛2 がそれぞれ 0 になるから,極限も 0 だと考えましたが,極限の加法は有限個の足し算に適用できるものでしたので,誤りです.

 𝑎𝑛=1𝑛 を考えます.

lim𝑛𝑎𝑛=lim𝑛1𝑛=0

なので,セザロ平均の定理を適用すると,

lim𝑛𝑎1+𝑎2++𝑎𝑛𝑛=lim𝑛1+12++1𝑛𝑛=0.