Question Number 74498 by mathmax by abdo last updated on 25/Nov/19
$$\left.\mathrm{1}\right)\:{calculte}\:\:{A}_{{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:{e}^{−{nx}} \left[{e}^{{x}} \right]\:{dx}\:\:\:{with}\:{n}\:{integr}\:{and}\:{n}\geqslant\mathrm{2} \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right){find}\:{lim}_{{n}\rightarrow+\infty} \:{n}^{{n}} \:{A}_{{n}} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 25/Nov/19
$$\left.\mathrm{1}\right)\:{A}_{{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:{e}^{−{nx}} \left[{e}^{{x}} \right]{dx}\:\:{changement}\:{e}^{{x}} ={t}\:\:{give} \\ $$$${A}_{{n}} =\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \:{e}^{−{nlnt}} \left[{t}\right]\frac{{dt}}{{t}}\:=\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \frac{\left[{t}\right]}{{t}^{{n}+\mathrm{1}} }{dt}\:=\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\int_{{k}} ^{{k}+\mathrm{1}} \:\frac{{k}}{{t}^{{n}+\mathrm{1}} }{dt} \\ $$$$=\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{\infty} {k}\:\int_{{k}} ^{{k}+} \:\:{t}^{−{n}−\mathrm{1}} {dt}\:=\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{\infty} {k}\left[−\frac{\mathrm{1}}{{n}}{t}^{−{n}} \right]_{{k}} ^{{k}+\mathrm{1}} \\ $$$$=\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{{k}}{{n}}\left\{\frac{\mathrm{1}}{{k}^{{n}} }−\frac{\mathrm{1}}{{k}^{{n}+\mathrm{1}} }\right\}\:=\frac{\mathrm{1}}{{n}}\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}^{{n}−\mathrm{1}} }−\frac{\mathrm{1}}{{n}}\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}^{{n}} } \\ $$$${we}\:{have}\:\xi\left({x}\right)=\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}^{{x}} }\:\:\:\left({x}>\mathrm{1}\right)\:\Rightarrow{A}_{{n}} =\frac{\mathrm{1}}{{n}}\xi\left({n}−\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{1}}{{n}}\xi\left({n}\right) \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right)\:{we}\:{have}\:{n}^{{n}} {A}_{{n}} ={n}^{{n}−\mathrm{1}} \left\{\xi\left({n}−\mathrm{1}\right)−\xi\left({n}\right)\right\}\:\Rightarrow{n}^{{n}} \:{A}_{{n}} \sim{c}\:{n}^{{n}−\mathrm{1}} \:\Rightarrow \\ $$$${lim}_{{n}\rightarrow+\infty} \:{n}^{{n}} \:{A}_{{n}} =\infty \\ $$
Answered by mind is power last updated on 25/Nov/19
$${A}_{{n}} =\underset{{k}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\int_{{ln}\left({k}\right)} ^{{ln}\left({k}+\mathrm{1}\right)} {e}^{−{nx}} \left[{e}^{{x}} \right]{dx} \\ $$$$=\underset{{k}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\int_{{ln}\left({k}\right)} ^{{ln}\left({k}+\mathrm{1}\right)} .{ke}^{−{nx}} {dx} \\ $$$$=\underset{{k}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\frac{−{k}}{{n}}\left[{e}^{−{nx}} \right]_{{ln}\left({k}\right)} ^{{ln}\left({k}+\mathrm{1}\right)} =\underset{{k}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\frac{−{k}}{{n}\left({k}+\mathrm{1}\right)^{{n}} }+\frac{{k}}{{nk}^{{n}} } \\ $$$$=\underset{{k}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\left\{\frac{−\mathrm{1}}{{n}\left({k}+\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }+\frac{\mathrm{1}}{{nk}^{{n}−\mathrm{1}} }+\frac{\mathrm{1}}{{n}\left({k}+\mathrm{1}\right)^{{n}} }\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{n}}+\underset{{k}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\frac{\mathrm{1}}{{n}\left({k}+\mathrm{1}\right)^{{n}} }={A}_{{n}} \\ $$$${n}^{{n}} {An}\geqslant{n}^{{n}−\mathrm{1}} \rightarrow+\infty \\ $$$$ \\ $$