質問<3705>
「「極限」」
日付 2008/4/8
質問者 小豆


[1] a>1 のとき lim[n→∞] a^(1/n)=1 を示せ。

[2] 0<a<1 のとき lim[n→∞] a^(1/n)=1 を示せ。

上記の問題を教えて下さい。宜しくお願いします。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2008/4/21
回答者 underbird




お便り
日付 2008/4/21
回答者 平 昭


 こんにちは。小豆さんは高校生でしょうか。
次々と質問を出されていますが、学校の宿題か何かかな?
 問題集(解答の詳しいもの)か、参考書の良いものを入手することを
お勧めします。そして、解答がどんな論理で書かれているか、自分で納得するまで
読み返しましょう。力がつくはずです。
 私が昔お世話になったのは雑誌「大学への数学」の増刊で「解法の探求」という本
でした。多分、今もあるでしょう。他にも良い本は多いでしょうから、数学の得意な
友達に聞くなどして、探してみて下さい。

 さて、これは指数関数の極限の基本のような問題ですね。
どうして \(a^{0}\)=1 と定義するか、という理由ともいえます。

 回答に入ります。なお、nは任意の自然数とします。


[1] a>1 のとき
a^(\(\frac{1}{n}\))=1+hと置く。a>1 よりh>0である。

(ここで「nが大きくなったらhは0に近づくことを示す必要がある。
nの関数で、hよりは大きいけれど、nが大きくなったら0に近づくものを持ってきて、
不等式に持ち込もう」という発想で考えます。
こういう発想を、自力で思いつくのは難しい。問題をいくつか解いて覚えるのがよいでしょう。)

両辺をn乗して
a=(1+h\()^{n}\)=1+nh+n(n-1)\(h^{2}\)/2+、、、\(h^{n}\)>1+nh 

(この右側の不等式が肝心です。多項式のn乗の大きさを、最初の2項でぶった切って
評価する、というやり方で、粗い評価ですが時々出てくる手法です。)

だから、まとめると 
 0<h<(a-1)/n 
となる。ここで、n→∞の時{(a-1)/n}→0だから
挟みうちの原理により
n→∞でh→0となる。
これは、n→∞で a^(\(\frac{1}{n}\))=(1+h)→1を意味する。


[2] 0<a<1 のとき

a=\(\frac{1}{b}\)と置くと、b>1であり、[1]の結論より
n→∞でb^(\(\frac{1}{n}\))→1である。
そして、a^(\(\frac{1}{n}\))=(\(\frac{1}{b}\))^(\(\frac{1}{n}\))=\(\frac{1}{b}\)^(\(\frac{1}{n}\))だから、

結局、n→∞の時、a^(\(\frac{1}{n}\))→1