¿Cómo se puede probar que esta secuencia [matemática] q_m = \ left (1+ \ frac {1} {m} \ right) ^ m [/ math] es Cauchy?

Una secuencia de números reales es Cauchy si y solo si converge a un límite. Entonces, en lugar de limitar [math] | q_m – q_n | [/ math], simplemente podría mostrar que la secuencia [math] q_n [/ math] es convergente como [math] n \ to \ infty. [/ Math] Unidireccional de hacer eso es lo siguiente. Usa el teorema binomial para escribir

[matemática] \ izquierda (1 + \ frac {1} {n} \ derecha) ^ n [/ matemática]

[matemáticas] = {n \ elegir 0} + {n \ elegir 1} \ frac {1} {n} + {n \ elegir 2} \ frac {1} {n ^ 2} + \ ldots + {n \ elegir n} \ frac {1} {n ^ n} [/ matemáticas]

[matemáticas] = 2 + \ left (1 – \ frac {1} {n} \ right) \ frac {1} {2!} + \ left (1 – \ frac {1} {n} \ right) \ left (1 – \ frac {2} {n} \ right) \ frac {1} {3!} + {} [/ Math]

[matemáticas] \ ldots + \ left (1 – \ frac {1} {n} \ right) \ ldots \ left (1 – \ frac {n-1} {n} \ right) \ frac {1} {n! } \, .[/matemáticas]

De la última expresión vemos que los términos [math] q_n [/ math] forman una secuencia monotónicamente creciente, y están delimitados desde arriba por

[matemáticas] 2 + \ frac {1} {2 ^ 1} + \ frac {1} {2 ^ 2} + \ frac {1} {2 ^ 3} + \ ldots = 3. [/ matemáticas]

Cualquier secuencia monotónicamente creciente que esté limitada desde arriba es convergente. Entonces [math] q_n [/ math] es una secuencia convergente, entonces es una secuencia de Cauchy.

Su secuencia tiene un límite en [math] \ mathbb {R} [/ math] por lo que es una secuencia de Cauchy.
De hecho, [matemáticas] q_m = \ exp \ left (m \ ln \ left (1 + \ frac {1} {m} \ right) \ right) [/ math]
Llamemos a [math] X = \ frac {1} {m} [/ math] luego
[matemáticas] q_m = \ exp (\ frac {\ ln (1 + X)} {X}) [/ matemáticas]
O,
[matemáticas] \ frac {\ ln (1 + X)} {X} = \ frac {\ ln (1 + X) – \ ln (1 + 0)} {X-0} \ rightarrow f ‘(0) [ / math] donde [math] f (x) = \ ln (1 + x) [/ math]
Entonces [matemáticas] \ frac {\ ln (1 + X)} {X} \ rightarrow 1 [/ matemáticas]
Por lo tanto,
[matemáticas] q_m \ rightarrow \ exp (1) = e [/ matemáticas]

Entonces es una secuencia de Cauchy

Sugerencia: Sea [math] r_m = \ bigl (1 + \ tfrac1m \ bigr) ^ {m + 1} [/ math]. Entonces [math] \ tfrac {r_m} {q_m} = 1 + \ tfrac1m [/ math], y [math] \ tfrac {r_ {m-1}} {q_m} [/ math] es un [math] m [ / matemática] poder que puede estar limitado en ambos lados por la desigualdad de Bernoulli y su reciprocidad. Estos dos límites muestran que [math] q_m [/ math] está aumentando y [math] r_m [/ math] está disminuyendo. Por lo tanto, para [matemática] n> m [/ matemática], [matemática] q_n [/ matemática] se comprime entre [matemática] q_m [/ matemática] y [matemática] r_m [/ matemática], y solo tenemos que mostrar [matemática ] r_m – q_m \ a 0 [/ math].

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