¿Cómo resuelvo esto? [Matemáticas] \ lim \ limits_ {n \ rightarrow \ infty} \ left (\ frac {n + 1} {\ sqrt {n ^ {3} +1}} + \ frac {n + 2 } {\ sqrt {n ^ {3} +2}} +… + \ frac {n + n} {\ sqrt {n ^ {3} + n}} \ right) [/ math]?

Las sumas infinitas pueden ser complicadas, así que resista la tentación de hacer algo estúpido como ‘oh, cada término tiene 0 como límite, por lo que todo será cero al final’.

Llamemos a la suma S

[matemáticas] S = \ suma \ límites_ {k = 1} ^ n \ frac {n + k} {\ sqrt {n ^ 3 + k}} [/ matemáticas]

Podemos intentar estimar la suma por algo que se garantice que sea más pequeño y por algo que se garantice que sea más grande y ver cómo se comportan esas expresiones.

Comencemos con la suma mayor y llamémosla [math] S _> [/ math]. Reemplace todos los denominadores por el más pequeño [math] (\ sqrt {n ^ 3 + 1}) [/ math] – de esa manera [math] S _> [/ math] es mayor que [math] S [/ math]. Pero luego podemos calcular [matemáticas] S _> [/ matemáticas] directamente:

[matemáticas] S_> = \ frac {n ^ 2 + \ frac {n (n-1)} {2}} {\ sqrt {n ^ 3 + 1}} \ sim \ sqrt {n} [/ matemáticas]

para grandes [matemáticas] n [/ matemáticas]. Entonces [math] S _> [/ math] diverge, pero luego [math] S _> [/ math] siempre es más grande que [math] S [/ math], por lo que no es muy útil. Así que tratemos de encontrar una [matemática] S _ <[/ matemática] que siempre sea más pequeña. Como [matemáticas] 2n ^ 3 \ geq n ^ 3 + n [/ matemáticas], intentemos

[matemáticas] S_ <= \ sum \ limites_ {k = 1} ^ n \ frac {n + k} {\ sqrt {2 n ^ 3}} [/ matemáticas]

Pero esto es

[matemáticas] S_ <= \ frac {n ^ 2 + \ frac {n (n-1)} {2}} {\ sqrt {2 n ^ 3}} \ sim \ sqrt {n} [/ matemáticas]

así como

[matemáticas] S_ [/ matemáticas]

y [math] S _> [/ math] y [math] S _ <[/ math] divergen, también lo hace [math] S [/ math].

Este límite diverge.

Cada término es alrededor de [matemáticas] n ^ {- 1/2} [/ matemáticas], y hay términos [matemáticas] n [/ matemáticas], por lo que la suma total es alrededor de [matemáticas] \ sqrt {n} [/ matemáticas ] (ignorando factores constantes).