次の4つの極限を求めます。 (1) $\lim_{n \to \infty} (\frac{1^4}{n^5} + \frac{2^4}{n^5} + \dots + \frac{n^4}{n^5})$ (2) $\lim_{n \to \infty} (\frac{n+1}{n^2} + \frac{n+2}{n^2} + \dots + \frac{n+n}{n^2})$ (3) $\lim_{n \to \infty} (\frac{e^{\frac{1}{n}}}{n} + \frac{e^{\frac{2}{n}}}{n} + \dots + \frac{e^{\frac{n}{n}}}{n})$ (4) $\lim_{n \to \infty} (\frac{\cos \frac{\pi}{2n}}{n} + \frac{\cos \frac{2\pi}{2n}}{n} + \dots + \frac{\cos \frac{n\pi}{2n}}{n})$

解析学極限定積分級数
2025/7/23

1. 問題の内容

次の4つの極限を求めます。
(1) limn(14n5+24n5++n4n5)\lim_{n \to \infty} (\frac{1^4}{n^5} + \frac{2^4}{n^5} + \dots + \frac{n^4}{n^5})
(2) limn(n+1n2+n+2n2++n+nn2)\lim_{n \to \infty} (\frac{n+1}{n^2} + \frac{n+2}{n^2} + \dots + \frac{n+n}{n^2})
(3) limn(e1nn+e2nn++ennn)\lim_{n \to \infty} (\frac{e^{\frac{1}{n}}}{n} + \frac{e^{\frac{2}{n}}}{n} + \dots + \frac{e^{\frac{n}{n}}}{n})
(4) limn(cosπ2nn+cos2π2nn++cosnπ2nn)\lim_{n \to \infty} (\frac{\cos \frac{\pi}{2n}}{n} + \frac{\cos \frac{2\pi}{2n}}{n} + \dots + \frac{\cos \frac{n\pi}{2n}}{n})

2. 解き方の手順

(1) limn(14n5+24n5++n4n5)=limnk=1nk4n5=limn1nk=1n(kn)4\lim_{n \to \infty} (\frac{1^4}{n^5} + \frac{2^4}{n^5} + \dots + \frac{n^4}{n^5}) = \lim_{n \to \infty} \sum_{k=1}^n \frac{k^4}{n^5} = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{n} \sum_{k=1}^n (\frac{k}{n})^4
これは定積分 01x4dx\int_0^1 x^4 dx で表せる。
01x4dx=[x55]01=15\int_0^1 x^4 dx = [\frac{x^5}{5}]_0^1 = \frac{1}{5}
(2) limn(n+1n2+n+2n2++n+nn2)=limnk=1nn+kn2=limnk=1n(1n+kn2)=limn(k=1n1n+k=1nkn2)\lim_{n \to \infty} (\frac{n+1}{n^2} + \frac{n+2}{n^2} + \dots + \frac{n+n}{n^2}) = \lim_{n \to \infty} \sum_{k=1}^n \frac{n+k}{n^2} = \lim_{n \to \infty} \sum_{k=1}^n (\frac{1}{n} + \frac{k}{n^2}) = \lim_{n \to \infty} (\sum_{k=1}^n \frac{1}{n} + \sum_{k=1}^n \frac{k}{n^2})
=limn(1+n(n+1)2n2)=limn(1+12+12n)=1+12=32= \lim_{n \to \infty} (1 + \frac{n(n+1)}{2n^2}) = \lim_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{2n}) = 1 + \frac{1}{2} = \frac{3}{2}
(3) limn(e1nn+e2nn++ennn)=limnk=1neknn=01exdx\lim_{n \to \infty} (\frac{e^{\frac{1}{n}}}{n} + \frac{e^{\frac{2}{n}}}{n} + \dots + \frac{e^{\frac{n}{n}}}{n}) = \lim_{n \to \infty} \sum_{k=1}^n \frac{e^{\frac{k}{n}}}{n} = \int_0^1 e^x dx
01exdx=[ex]01=e1e0=e1\int_0^1 e^x dx = [e^x]_0^1 = e^1 - e^0 = e - 1
(4) limn(cosπ2nn+cos2π2nn++cosnπ2nn)=limnk=1ncoskπ2nn=01cos(π2x)dx\lim_{n \to \infty} (\frac{\cos \frac{\pi}{2n}}{n} + \frac{\cos \frac{2\pi}{2n}}{n} + \dots + \frac{\cos \frac{n\pi}{2n}}{n}) = \lim_{n \to \infty} \sum_{k=1}^n \frac{\cos \frac{k\pi}{2n}}{n} = \int_0^1 \cos(\frac{\pi}{2} x) dx
01cos(π2x)dx=[2πsin(π2x)]01=2π(sinπ2sin0)=2π(10)=2π\int_0^1 \cos(\frac{\pi}{2} x) dx = [\frac{2}{\pi} \sin(\frac{\pi}{2} x)]_0^1 = \frac{2}{\pi} (\sin \frac{\pi}{2} - \sin 0) = \frac{2}{\pi} (1 - 0) = \frac{2}{\pi}

3. 最終的な答え

(1) 15\frac{1}{5}
(2) 32\frac{3}{2}
(3) e1e-1
(4) 2π\frac{2}{\pi}

「解析学」の関連問題

定積分 $\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \cos^{3}x \, dx$ を計算する。

定積分三角関数積分計算
2025/7/23

$3^{23} = 94143178827$ であり、$9 \times 10^{10} < 3^{23} < 10^{11}$ が成り立つことを利用して、$\log_{10} 3$ の値を小数第2位...

対数常用対数不等式計算
2025/7/23

はい、承知いたしました。画像にある問題のうち、10番の導関数を求める問題と、11番の不定積分を求める問題全てについて解答します。

導関数不定積分微分積分
2025/7/23

与えられた3つの極限値を求める問題です。 (1) $\lim_{x \to 0} \frac{x - \tan x}{x^3}$ (2) $\lim_{x \to 0} \frac{\cos^2 x ...

極限ロピタルの定理テイラー展開三角関数
2025/7/23

与えられた積分 $\int x^2 e^{3x} dx$ を計算します。

積分部分積分定積分
2025/7/23

問題は、 $x \geq 0$ のとき、不等式 $\frac{x}{1+x} \leq \log(1+x)$ を示すことです。ここで、$\log$ は自然対数とします。

不等式自然対数微分単調増加導関数
2025/7/23

## 1. 問題の内容

テイラー展開マクローリン展開多変数関数偏微分
2025/7/23

関数 $y = x^3 - 6x + a$ の極大値と極小値がともに正となるように、定数 $a$ の値の範囲を定める問題です。

微分極値関数の増減三次関数
2025/7/23

関数 $f(x) = x + \sqrt{1-x^2}$ の最大値と最小値を求めます。

関数の最大最小微分導関数定義域増減表
2025/7/23

関数 $f(x) = \frac{x^2 - 1}{x^2 + 1}$ の最大値と最小値を求めます。

関数の最大最小分数関数微分を使わない最大最小
2025/7/23