Question Number 199084 by universe last updated on 27/Oct/23
$$\:\:\:\:\:\:\underset{\mathrm{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{n}}} \:\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{n}}\right)^{\mathrm{n}} \mathrm{dx}\:\:\:=\:\:\:\:??? \\ $$
Answered by witcher3 last updated on 27/Oct/23
$$\mathrm{x}=\sqrt{\mathrm{n}}.\mathrm{y} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}−\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{n}} .\sqrt{\mathrm{n}}\mathrm{dy}=\mathrm{u}_{\mathrm{n}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\sqrt{\mathrm{n}}.\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{n}} \mathrm{t}^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \mathrm{dt} \\ $$$$\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\frac{\sqrt{\mathrm{n}}}{\mathrm{2}}\beta\left(\mathrm{n}+\mathrm{1},\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$=\frac{\sqrt{\mathrm{n}}}{\mathrm{2}}.\frac{\Gamma\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right).\Gamma\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)}{\Gamma\left(\mathrm{n}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)}=\frac{\sqrt{\pi}}{\mathrm{2}}.\frac{\Gamma\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right).\sqrt{\mathrm{n}}}{\Gamma\left(\mathrm{n}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)} \\ $$$$\Gamma\left(\mathrm{z}\right)\simeq\sqrt{\mathrm{2}\pi}.\mathrm{z}^{\mathrm{z}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \mathrm{e}^{−\mathrm{z}} \\ $$$$\frac{\Gamma\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)\sqrt{\mathrm{n}}}{\Gamma\left(\mathrm{n}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)}\sim\frac{\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \mathrm{e}^{−\mathrm{n}−\mathrm{1}} }{\left(\mathrm{n}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{n}+\mathrm{1}} \mathrm{e}_{} ^{−\mathrm{n}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}} }.\sqrt{\mathrm{n}} \\ $$$$\underset{\mathrm{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\left(\frac{\mathrm{n}+\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}}\right)^{\mathrm{n}} .\left(\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{n}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \mathrm{e}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \\ $$$$\left(\frac{\mathrm{n}+\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}}\right)^{\mathrm{n}} =\mathrm{e}^{\mathrm{nln}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{n}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)}\right)} \rightarrow\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \\ $$$$\underset{\mathrm{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\left(\frac{\mathrm{n}+\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}}\right)^{\mathrm{n}} .\left(\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{n}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \mathrm{e}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \rightarrow\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} .\mathrm{1}.\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} =\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow\underset{\mathrm{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{n}}} \left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{n}}\right)^{\mathrm{n}} \mathrm{dx}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}.\sqrt{\pi}=\frac{\sqrt{\pi}}{\mathrm{2}}=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \mathrm{e}^{−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} } \mathrm{dx} \\ $$$$ \\ $$