次の数列の極限を求めます。 (1) $\lim_{n \to \infty} (3 + \frac{2}{n})$ (2) $\lim_{n \to \infty} \frac{4n - 3}{3n + 1}$ (3) $\lim_{n \to \infty} \frac{2n^2 + 3n - 1}{3n^2 - n + 5}$ (4) $\lim_{n \to \infty} (\sqrt{n^2 - 2n - 1} - n)$ (5) $\lim_{n \to \infty} (\sqrt{n + 1} - \sqrt{n})$ (6) $\lim_{n \to \infty} (n - n^2)$ (7) $\lim_{n \to \infty} \frac{3^n}{3^n + 2^n}$ (8) $\lim_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{n})^n$ (9) $\lim_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{3n})^n$ (10) $\lim_{n \to \infty} \frac{1 + 2 + \cdots + n}{n^2}$ (11) $\lim_{n \to \infty} \frac{1^2 + 2^2 + \cdots + n^2}{n^3}$ (12) $\lim_{n \to \infty} \frac{\sin n}{n}$

解析学数列極限はさみうちの原理
2025/6/28
はい、承知いたしました。画像の問題を解いていきます。

1. 問題の内容

次の数列の極限を求めます。
(1) limn(3+2n)\lim_{n \to \infty} (3 + \frac{2}{n})
(2) limn4n33n+1\lim_{n \to \infty} \frac{4n - 3}{3n + 1}
(3) limn2n2+3n13n2n+5\lim_{n \to \infty} \frac{2n^2 + 3n - 1}{3n^2 - n + 5}
(4) limn(n22n1n)\lim_{n \to \infty} (\sqrt{n^2 - 2n - 1} - n)
(5) limn(n+1n)\lim_{n \to \infty} (\sqrt{n + 1} - \sqrt{n})
(6) limn(nn2)\lim_{n \to \infty} (n - n^2)
(7) limn3n3n+2n\lim_{n \to \infty} \frac{3^n}{3^n + 2^n}
(8) limn(1+1n)n\lim_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{n})^n
(9) limn(1+13n)n\lim_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{3n})^n
(10) limn1+2++nn2\lim_{n \to \infty} \frac{1 + 2 + \cdots + n}{n^2}
(11) limn12+22++n2n3\lim_{n \to \infty} \frac{1^2 + 2^2 + \cdots + n^2}{n^3}
(12) limnsinnn\lim_{n \to \infty} \frac{\sin n}{n}

2. 解き方の手順

(1)
limn(3+2n)=3+limn2n=3+0=3\lim_{n \to \infty} (3 + \frac{2}{n}) = 3 + \lim_{n \to \infty} \frac{2}{n} = 3 + 0 = 3
(2)
limn4n33n+1=limnn(43n)n(3+1n)=limn43n3+1n=403+0=43\lim_{n \to \infty} \frac{4n - 3}{3n + 1} = \lim_{n \to \infty} \frac{n(4 - \frac{3}{n})}{n(3 + \frac{1}{n})} = \lim_{n \to \infty} \frac{4 - \frac{3}{n}}{3 + \frac{1}{n}} = \frac{4 - 0}{3 + 0} = \frac{4}{3}
(3)
limn2n2+3n13n2n+5=limnn2(2+3n1n2)n2(31n+5n2)=limn2+3n1n231n+5n2=2+0030+0=23\lim_{n \to \infty} \frac{2n^2 + 3n - 1}{3n^2 - n + 5} = \lim_{n \to \infty} \frac{n^2(2 + \frac{3}{n} - \frac{1}{n^2})}{n^2(3 - \frac{1}{n} + \frac{5}{n^2})} = \lim_{n \to \infty} \frac{2 + \frac{3}{n} - \frac{1}{n^2}}{3 - \frac{1}{n} + \frac{5}{n^2}} = \frac{2 + 0 - 0}{3 - 0 + 0} = \frac{2}{3}
(4)
limn(n22n1n)=limn(n22n1n)(n22n1+n)n22n1+n=limnn22n1n2n22n1+n=limn2n1n22n1+n=limnn(21n)n2(12n1n2)+n=limnn(21n)n12n1n2+n=limn21n12n1n2+1=20100+1=21+1=1\lim_{n \to \infty} (\sqrt{n^2 - 2n - 1} - n) = \lim_{n \to \infty} \frac{(\sqrt{n^2 - 2n - 1} - n)(\sqrt{n^2 - 2n - 1} + n)}{\sqrt{n^2 - 2n - 1} + n} = \lim_{n \to \infty} \frac{n^2 - 2n - 1 - n^2}{\sqrt{n^2 - 2n - 1} + n} = \lim_{n \to \infty} \frac{-2n - 1}{\sqrt{n^2 - 2n - 1} + n} = \lim_{n \to \infty} \frac{n(-2 - \frac{1}{n})}{\sqrt{n^2(1 - \frac{2}{n} - \frac{1}{n^2})} + n} = \lim_{n \to \infty} \frac{n(-2 - \frac{1}{n})}{n\sqrt{1 - \frac{2}{n} - \frac{1}{n^2}} + n} = \lim_{n \to \infty} \frac{-2 - \frac{1}{n}}{\sqrt{1 - \frac{2}{n} - \frac{1}{n^2}} + 1} = \frac{-2 - 0}{\sqrt{1 - 0 - 0} + 1} = \frac{-2}{1 + 1} = -1
(5)
limn(n+1n)=limn(n+1n)(n+1+n)n+1+n=limnn+1nn+1+n=limn1n+1+n=0\lim_{n \to \infty} (\sqrt{n + 1} - \sqrt{n}) = \lim_{n \to \infty} \frac{(\sqrt{n + 1} - \sqrt{n})(\sqrt{n + 1} + \sqrt{n})}{\sqrt{n + 1} + \sqrt{n}} = \lim_{n \to \infty} \frac{n + 1 - n}{\sqrt{n + 1} + \sqrt{n}} = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{\sqrt{n + 1} + \sqrt{n}} = 0
(6)
limn(nn2)=limnn2(1n1)=\lim_{n \to \infty} (n - n^2) = \lim_{n \to \infty} n^2(\frac{1}{n} - 1) = -\infty
(7)
limn3n3n+2n=limn3n3n(1+(23)n)=limn11+(23)n=11+0=1\lim_{n \to \infty} \frac{3^n}{3^n + 2^n} = \lim_{n \to \infty} \frac{3^n}{3^n(1 + (\frac{2}{3})^n)} = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{1 + (\frac{2}{3})^n} = \frac{1}{1 + 0} = 1
(8)
limn(1+1n)n=e\lim_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{n})^n = e
(9)
limn(1+13n)n=limn[(1+13n)3n]13=e13\lim_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{3n})^n = \lim_{n \to \infty} [(1 + \frac{1}{3n})^{3n}]^{\frac{1}{3}} = e^{\frac{1}{3}}
(10)
limn1+2++nn2=limnn(n+1)2n2=limnn2+n2n2=limn1+1n2=1+02=12\lim_{n \to \infty} \frac{1 + 2 + \cdots + n}{n^2} = \lim_{n \to \infty} \frac{\frac{n(n + 1)}{2}}{n^2} = \lim_{n \to \infty} \frac{n^2 + n}{2n^2} = \lim_{n \to \infty} \frac{1 + \frac{1}{n}}{2} = \frac{1 + 0}{2} = \frac{1}{2}
(11)
limn12+22++n2n3=limnn(n+1)(2n+1)6n3=limn2n3+3n2+n6n3=limn2+3n+1n26=26=13\lim_{n \to \infty} \frac{1^2 + 2^2 + \cdots + n^2}{n^3} = \lim_{n \to \infty} \frac{\frac{n(n + 1)(2n + 1)}{6}}{n^3} = \lim_{n \to \infty} \frac{2n^3 + 3n^2 + n}{6n^3} = \lim_{n \to \infty} \frac{2 + \frac{3}{n} + \frac{1}{n^2}}{6} = \frac{2}{6} = \frac{1}{3}
(12)
1nsinnn1n-\frac{1}{n} \le \frac{\sin n}{n} \le \frac{1}{n}
limn1n=0\lim_{n \to \infty} -\frac{1}{n} = 0
limn1n=0\lim_{n \to \infty} \frac{1}{n} = 0
よって、limnsinnn=0\lim_{n \to \infty} \frac{\sin n}{n} = 0 (はさみうちの原理)

3. 最終的な答え

(1) 3
(2) 4/3
(3) 2/3
(4) -1
(5) 0
(6) -\infty
(7) 1
(8) e
(9) e13e^{\frac{1}{3}}
(10) 1/2
(11) 1/3
(12) 0

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