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> Propuesto B R I J I D O O O O O, limite B R I G I D O O O O...
hermite
mensaje Nov 17 2020, 09:20 AM
Publicado: #11


Maestro Matemático
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TEX: Usando el teorema fundamental del cálculo y que $\arctan$ es la primitiva de $\frac{1}{x^2 + 1}$ tenemos que<br /><br />\begin{align*}<br /> \frac{\pi}{2} - \arctan(k) &= \int_0^\infty \frac{1}{x^2 + 1} \, dx - \int_0^k \frac{1}{x^2 + 1} \, dx = \int_k^\infty \frac{1}{x^2 + 1} \, dx \\<br />&= \int_k^\infty \frac{1}{x^2} - \frac{1}{x^2(x^2 + 1)} \, dx = \frac{1}{k} - I_k,<br />\end{align*}<br />donde <br />\[0 \leq I_k = \int_k^\infty\frac{1}{x^2(x^2 + 1)} \, dx \leq \int_k^\infty\frac{1}{x^4} \, dx = \frac{1}{3 k^3}.\]<br />Usando lo anterior tenemos que la suma es<br />\[ \sum_{k = 1}^n  \frac{\pi}{2} - \arctan(k)  = \sum_{k = 1}^n  \frac{1}{k} - I_k. \]<br />Por el criterio de comparación, tenemos que la suma de $I_k$ converge y en particular<br />\[ \lim_{n \rightarrow \infty} \frac{1}{\ln(n)} \sum_{k = 1}^n I_k = 0. \]<br />Por otro lado, es sabido que los números armónicos<br />\[ H_n = \sum_{k = 1}^n \frac{1}{k}, \]<br />satisfacen<br />\[ H_n \sim_{n \rightarrow \infty} \ln(n), \]<br />lo que se puede demostrar fácilmente comparando con la integral.<br />Con todo esto obtenemos que el límite pedido es<br />\[  \lim_{n \rightarrow \infty} \frac{1}{\ln(n)} \sum_{k = 1}^n  \frac{\pi}{2} - \arctan(k) = 1\]<br />

Mensaje modificado por hermite el Nov 17 2020, 07:01 PM
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mensaje Nov 17 2020, 05:21 PM
Publicado: #12


Dios Matemático Supremo
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Esta re buena!

Aqui tengo otra. Usando que TEX: $(1-x^2)(1+x^2)\leq 1\leq 1+x^2$ en [0,1] tenemos que dividiendo por TEX: $1+x^2$ y e integrando la función entre [0,x], x en [0,1] que TEX: $x-\frac{x}{3}\leq \arctan(x) \leq x$

ademas, TEX: $\pi/2-arctan(n)=arctan(1/n)$. Por lo tanto:

TEX: $$\sum_{k=1}^n\frac 1k-\frac{1}{3k^3}\leq \sum_{k=1}^n\arctan(1/k) \leq \sum_{k=1}^n\frac 1k$$
Más aún:
TEX: $$H_n-\frac{\zeta(3)}{3}\leq \sum_{k=1}^n\arctan(1/k) \leq H_n$$

Esto significa que TEX: $$\frac{1}{\ln n} \sum_{k=1}^n\arctan(1/k)=1+O(1/\ln n)$$. De aqui que el limite pedido es 1.

Saludos
Claudio.



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Claudio Henriquez Tapia
Ingeniero Civil Matemático UTFSM y Prof. DMAT UTFSM
Candidato a Doctor en Estadística UC. Campus San Joaquin
Si todo sale bien, estaría defendiendo en Julio 2024.

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SuKeVinBellaKo
mensaje Nov 18 2020, 02:44 AM
Publicado: #13


Dios Matemático Supremo
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CITA(snw @ Nov 16 2020, 11:08 AM) *
legiton=mochizuki?


jajaj, la diferencia es que legition es multifacetico, mochizuki solo esta enfocado en ABC
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