AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1782

Условие

Доказать соотношение \(\displaystyle{\lim_{n\to\infty}\frac{(n!)^n}{n^{n^2}}=0}\) с помощью ряда \(\displaystyle{\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{(n!)^n}{n^{n^2}}}\).

Решение

Общий член ряда: \(\displaystyle{u_n=\frac{(n!)^n}{n^{n^2}}}\). Применим радикальный признак Коши:

\[ \lim_{n\to\infty}\sqrt[n]{u_n} =\lim_{n\to\infty}\frac{n!}{n^n} \]

Применим к ряду \(\displaystyle{\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{n!}{n^n}}\) признак Д'Аламбера:

\[ \lim_{n\to\infty}\left(\frac{(n+1)!}{(n+1)^{n+1}}\cdot\frac{n^n}{n!}\right) \lim_{n\to\infty}\frac{1}{\left(1+\frac{1}{n}\right)^n} =\frac{1}{e}. \]

Так как \(\displaystyle{\frac{1}{e}\lt{1}}\), то ряд \(\displaystyle{\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{n!}{n^n}}\) сходится, поэтому \(\displaystyle{\lim_{n\to\infty}\frac{n!}{n^n}=0}\). Следовательно, \(\displaystyle{\lim_{n\to\infty}\sqrt[n]{u_n}=0}\), т.е. ряд \(\displaystyle{\lim_{n\to\infty}\frac{(n!)^n}{n^{n^2}}=0}\) сходится, поэтому для него выполнено необходимое условие сходимости, т.е. \(\displaystyle{\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{(n!)^n}{n^{n^2}}}\).

Ответ:

Равенство \(\displaystyle{\lim_{n\to\infty}\frac{(n!)^n}{n^{n^2}}=0}\) доказано.

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №9Ряды
Параграф №1Числовые ряды
Задача №2789