AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №2056

Условие

Доказать, что \(\displaystyle{\lim_{n\to\infty}\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{k(k+1)}=1}\).

Решение

Для сокращения записи обозначим \(\displaystyle{x_n = \sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{k(k+1)}}\). Разложим дробь \(\displaystyle{\frac{1}{k(k+1)}}\) на элементарные дроби:

\[ \frac{1}{k(k+1)} =\frac{k+1-k}{k(k+1)} =\frac{k+1}{k(k+1)}-\frac{k}{k(k+1)} =\frac{1}{k}-\frac{1}{k+1} \]

С учётом полученного разложения будем иметь:

\[ x_n =\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{k(k+1)} =\sum\limits_{k=1}^{n}\left(\frac{1}{k}-\frac{1}{k+1}\right) =\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{k}-\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{k+1}=\\ =\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{k}-\sum\limits_{k=2}^{n+1}\frac{1}{k} =\sum\limits_{k=1}^{n+1}\frac{1}{k}-\frac{1}{n+1}-\left(\sum\limits_{k=1}^{n+1}\frac{1}{k}-1\right) =1-\frac{1}{n+1}. \]

Исходя из полученного результата, будем иметь:

\[ \lim_{n\to\infty}{x_n} =\lim_{n\to\infty}\left(1-\frac{1}{n+1}\right) =1-0 =1 \]

Ответ:

Утверждение доказано.

Источники задачи

Задачник №2Кудрявцев "Сборник задач по математическому анализу" (том №1)
Параграф №8Предел последовательности
Задача №43