Question Number 27664 by abdo imad last updated on 12/Jan/18
$${let}\:{give}\:{the}\:{sequence}\:{V}_{{n}} =\:\prod_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \left(\mathrm{1}+\frac{{k}^{\mathrm{2}} }{{n}^{\mathrm{2}} }\:\right)^{\frac{\mathrm{1}}{{n}}} \\ $$$${find}\:{the}\:{value}\:{of}\:{lim}\:_{{n}−>\propto} \:{V}_{{n}} \:\:. \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 14/Jan/18
$${we}\:{have}\:{ln}\left({V}_{{n}} \right)=\:\frac{\mathrm{1}}{{n}}\:{ln}\left(\:\prod_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \left(\mathrm{1}+\frac{{k}^{\mathrm{2}} }{{n}^{\mathrm{2}} }\right)\right) \\ $$$$=\:\:\frac{\mathrm{1}}{{n}}\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}\:} \:{ln}\left(\mathrm{1}\:+\frac{{k}^{\mathrm{2}} }{{n}^{\mathrm{2}} }\right)\:{and}\:{lim}_{{n}−>\propto} \:{ln}\left(\:{V}_{{n}} \right){l}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {ln}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right){dx} \\ $$$${for}\:/{t}/<\mathrm{1}\:\:{ln}^{,} \left(\mathrm{1}+{t}\right)=\:\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\propto} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \:{t}^{{n}} \\ $$$$\Rightarrow\:{ln}\left(\mathrm{1}+{t}\right)=\:\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\propto} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {t}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}=\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} \frac{{t}^{{n}} }{{n}} \\ $$$$\Rightarrow{ln}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)=\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} \:\frac{{x}^{\mathrm{2}{n}} }{{n}}\:\:{and} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {ln}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right){dx}=\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:{x}^{\mathrm{2}{n}} {dx} \\ $$$$=\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {ln}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right){dx}=\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \left(\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}}\:+\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\:{but} \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}}\:={ln}\mathrm{2} \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}=\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:−\mathrm{1} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {ln}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right){dx}={ln}\mathrm{2}\:+\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:−\mathrm{2} \\ $$$${lim}_{{n}−>\propto} {ln}\left({V}_{{n}} \right)=\:{ln}\mathrm{2}\:+\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:−\mathrm{2} \\ $$$$\Rightarrow\:{lim}_{{n}−>\propto^{} } \:{V}_{{n}} \:=\:\mathrm{2}\:{e}^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\mathrm{2}} \:\:. \\ $$