Question Number 117787 by mathdave last updated on 13/Oct/20
Answered by Dwaipayan Shikari last updated on 13/Oct/20
$$\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}^{{n}} \frac{\mathrm{1}−{x}^{{n}} }{\mathrm{1}−{x}}{dx} \\ $$$$=\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}^{{n}} \left(\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} +…{x}^{{n}−\mathrm{1}} \right){dx} \\ $$$$=\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{2}}+….+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{n}}\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\frac{{k}}{{n}}} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}}{dx}=\left[{log}\left(\mathrm{1}+{x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} ={log}\left(\mathrm{2}\right) \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 13/Oct/20
$$\mathrm{A}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}} −\mathrm{x}^{\mathrm{2n}} }{\mathrm{1}−\mathrm{x}}\mathrm{dx}\:\Rightarrow\mathrm{A}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{1}−\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \right)}{\mathrm{1}−\mathrm{x}}\mathrm{dx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +…+\mathrm{x}^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \right)}{\mathrm{1}−\mathrm{x}}\mathrm{dx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\mathrm{x}^{\mathrm{n}} +\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{1}} +\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{2}} \:+…+\mathrm{x}^{\mathrm{2n}−\mathrm{1}} \right)\mathrm{dx} \\ $$$$=\left[\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{n}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{2}} }{\mathrm{n}+\mathrm{2}}+….+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2n}} }{\mathrm{2n}}\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\mathrm{2}}+….+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\mathrm{n}} \\ $$$$=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\mathrm{k}}\:\Rightarrow\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \:\mathrm{A}_{\mathrm{n}} =\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}}\underset{\mathrm{k}=\mathrm{1}} {\sum}^{\mathrm{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{k}}{\mathrm{n}}} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{1}+\mathrm{x}}\:=\left[\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:=\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right) \\ $$