Question Number 195126 by Erico last updated on 25/Jul/23
$$\mathrm{Soit}\:{f}_{{n}} \left({x}\right)=\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} \left[\frac{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}} }{cotan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right)−{cotanx}}{{sin}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right)}\right] \\ $$$${Calculer}\:\underset{{x}\rightarrow\mathrm{0}} {{lim}f}_{{n}} \left({x}\right)\:{et}\:\underset{{n}\rightarrow+\infty} {{lim}}\:\frac{{f}_{{n}} \left({x}\right)}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{2}} } \\ $$
Answered by MM42 last updated on 25/Jul/23
$${f}_{{n}} \left({x}\right)=\frac{\mathrm{2}{sinxcos}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right)−\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} {sin}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right){cosx}}{{sin}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right){sinx}} \\ $$$$=\frac{{sin}\left({x}+\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right)+{sin}\left({x}−\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right)−\mathrm{2}^{{n}} {sin}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }+{x}\right)−\mathrm{2}^{{n}} {sin}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }−{x}\right)}{{sin}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right){sinx}} \\ $$$$=\frac{\left(\mathrm{1}−\mathrm{2}^{{n}} \right){sin}\left(\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }\right){x}−\left(\mathrm{1}+\mathrm{2}^{{n}} \right){sin}\left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }\right)}{{sin}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right){sinx}} \\ $$$$=\mathrm{2}^{{n}} ×\frac{\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }{sin}\left(\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }\right){x}−\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }{sin}\left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }\right)}{{sin}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right){sinx}} \\ $$$${Tip}\::{if}\:\:{x}\rightarrow\mathrm{0}\:\Rightarrow\:{asinbx}−{bsinax}\:\sim\:\frac{{ab}\left({a}−{b}\right)\left({a}+{b}\right)}{\mathrm{6}}{x}^{\mathrm{3}} \\ $$$$\Rightarrow{lim}_{{x}\rightarrow\mathrm{0}} \:{f}_{{n}} \left({x}\right)={lim}_{{x}\rightarrow\mathrm{0}} \:\mathrm{2}^{{n}} ×\frac{\left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }\right)\left(\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }\right)\left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }−\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }\right)\left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }+\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} }\right)\frac{{x}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{6}}}{\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right)^{\mathrm{2}} ×{x}} \\ $$$$=\:\frac{\left(\mathrm{1}−\mathrm{2}^{\mathrm{2}{n}} \right)\left(−\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} \right)×\mathrm{2}^{\mathrm{3}{n}} \left(\mathrm{2}\right)}{\mathrm{2}^{\mathrm{4}{n}} ×\mathrm{6}}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} −\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\:\:\checkmark \\ $$$$ \\ $$$${lim}_{{n}\rightarrow\infty} \:\frac{{f}_{{n}} \left({x}\right)}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{2}} }\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\:\checkmark \\ $$$$ \\ $$