Question Number 61834 by aliesam last updated on 09/Jun/19
Commented by maxmathsup by imad last updated on 09/Jun/19
$${let}\:{A}_{{n}} =\:\left\{\frac{\mathrm{1}}{{p}}\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{p}} \:\left(\mathrm{1}+\frac{{k}}{{p}}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{{n}}} \right\}^{{n}} \:\Rightarrow{ln}\left({A}_{{n}} \right)\:={n}\:{ln}\left(\frac{\mathrm{1}}{{p}}\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{p}} \:\left(\mathrm{1}+\frac{{k}}{{p}}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{{n}}} \right)\:{we}\:{have} \\ $$$${lim}_{{p}\rightarrow+\infty} \:\:\frac{\mathrm{1}}{{p}}\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{p}} \left(\mathrm{1}+\frac{{k}}{{p}}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{{n}}} \:\:\:\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\left(\mathrm{1}+{x}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{{n}}} {dx}\:\:=\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{n}}}\left(\mathrm{1}+{x}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{{n}}+\mathrm{1}} \right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{{n}}{{n}+\mathrm{1}}\:\left\{\mathrm{2}^{\frac{{n}+\mathrm{1}}{{n}}} −\mathrm{1}\right\}\:\Rightarrow{ln}\left({A}_{{n}} \right)\:=\:{n}\:{ln}\left\{\frac{{n}}{{n}+\mathrm{1}}\left(\:\mathrm{2}^{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{n}}} \:−\mathrm{1}\right)\right\}\:\:\:{we}\:{have} \\ $$$$\mathrm{2}^{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{n}}} −\mathrm{1}\:=\mathrm{2}\:{e}^{\frac{{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{{n}}} −\mathrm{1}\:\sim\mathrm{2}\left\{\:\mathrm{1}\:+\frac{{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{{n}}\right\}\:−\mathrm{1}\:\:=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{2}}{{n}}{ln}\left(\mathrm{2}\right)\Rightarrow \\ $$$$\frac{{n}}{{n}+\mathrm{1}}\left(\mathrm{2}^{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{n}}} −\mathrm{1}\right)\:\sim\frac{{n}}{{n}+\mathrm{1}}\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{2}}{{n}}{ln}\left(\mathrm{2}\right)\right)\:=\frac{{n}}{{n}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{2}}{{n}+\mathrm{1}}{ln}\left(\mathrm{2}\right)\:\Rightarrow \\ $$$${nln}\left\{\frac{{n}}{{n}+\mathrm{1}}\left(\mathrm{2}^{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{n}}} −\mathrm{1}\right)\right\}\:\sim\:{nln}\left(\frac{{n}}{{n}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{2}}{{n}+\mathrm{1}}{ln}\left(\mathrm{2}\right)\right)\:{but} \\ $$$${nln}\left(\frac{{n}}{{n}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{{n}+\mathrm{1}}\right)\:={n}\:{ln}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{{n}+\mathrm{1}}\right)\:\sim{n}\left(−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{{n}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$=\frac{{n}}{{n}+\mathrm{1}}\left\{−\mathrm{1}+\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)\right\}\rightarrow\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)−\mathrm{1}\:\:\Rightarrow\:{lim}_{{n}\rightarrow+\infty} \:{A}_{{n}} ={e}^{\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)−\mathrm{1}} \:=\frac{\mathrm{4}}{{e}} \\ $$$$\Rightarrow\:{lim}_{{n}\rightarrow+\infty} \:\:{X}_{{n}} =\frac{\mathrm{4}}{{e}}\:. \\ $$
Commented by aliesam last updated on 09/Jun/19
$${brilliant}\:{sol}\:{thank}\:{you}\:{sir}\:{you}\:{are}\:{graet} \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 09/Jun/19
$${you}\:{are}\:{welcome}\:{sir}\:{issam}. \\ $$