\(\displaystyle e\;=\;\lim_{n\rightarrow \infty} \left(1+\frac{1}{qn}\right)^{qn} \;=\;\left(\lim_{n\rightarrow n} \left(1+\frac{1}{qn}\right)^n\right)^q \;=\; e^q\).
Fertig.
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Ich kenne mich schon etwas mit Grenzwerten von Folgen aus, jedoch ist die Aufgabe viel schwieriger als die bisher behandelten Beispiele. Bei allen meinen Versuchen die Aufgabe zu lösen bin ich bisher immer wieder gescheitert.
Ich würde mich sehr freuen, wenn mir jemand beim Lösen der Aufgabe helfen könnte.
Schonmal vielen dank.
Die Aussage
\(\displaystyle \lim_{n \rightarrow \infty} \left(1+\frac{q}{n}\right)^n = e^q\)
für \(q\in\mathbb{N}\) könnte man wie folgt mit vollständiger Induktion beweisen:
Der Induktionsanfang "q=1" folgt aus dem Hinweis.
Der Induktionsschluss "q=>q+1" geht skizzenhaft so:
Man zeigt zunächst \(\displaystyle \lim_{n \rightarrow \infty} \left(1+\frac{q}{n^2}\right)^n = 1\;\;\;(1)\).
Das geht über die binomische Formel:
\(\displaystyle \left(\frac{q}{n^2}+1\right)^n = \sum_{k=0}^n \underbrace{\binom{n}{k} \frac{q^k}{n^{2k}}}_{a_k}\).
Dann kann man zeigen: \(a_k\) fällt mind. um den Faktor n, wenn k um eins anwächst, d.h.
\(\displaystyle a_{k+1} \le \frac{a_k}{n}\).
Also ist \(\displaystyle a_k \le \frac{1}{n^k} a_0 = \frac{1}{n^k}\).
Also ist \(\displaystyle \left(\frac{q}{n^2}+1\right)^n= \sum_{k=0}^n a_k \;\le\; \sum_{k=0}^n \frac{1}{n^k}\;\stackrel{\mbox{geometrische Reihe}}=\;\;\frac{1-(1/n)^{n+1}}{1-(1/n)}
\;\stackrel{n\rightarrow\infty}\rightarrow\; 1 \).
Es folgt (1).
Dann kann man zeigen:
\(\displaystyle \left(1+\frac{q+1}{n}\right)\;\le\left(1+\frac{q}{n}\right) \left(1+\frac{1}{n}\right) \;\le\left(1+\frac{q+1}{n}\right)\left(1+\frac{q}{n^2}\right) \)
Diese Umgleichung hoch n genommen und den Limes \(n\rightarrow\infty\) genommen liefert:
\(\displaystyle \lim_{n\rightarrow\infty} \left(1+\frac{q+1}{n}\right)^n
\;\le\;\lim_{n\rightarrow\infty} \underbrace{\left(1+\frac{q}{n}\right)^n}_{\large\rightarrow e^q}
\underbrace{\left(1+\frac{1}{n}\right) ^n} _{\large\rightarrow e}
\;\le\; \lim_{n\rightarrow\infty}
\left(1+\frac{q+1}{n}\right)^n
\underbrace{\left(1+\frac{q}{n^2}\right)^n}_{\large\rightarrow 1} \)
Also:
\(\displaystyle \lim_{n\rightarrow\infty} \left(1+\frac{q+1}{n}\right)^n
\;\le\;e^{q+1}
\;\le\; \lim_{n\rightarrow\infty} \left(1+\frac{q+1}{n}\right)^n \)
Mithin:
\(\displaystyle \lim_{n\rightarrow\infty} \left(1+\frac{q+1}{n}\right)^n=e^{q+1}\)
Daraus folgt der Induktionsschluss.
- (-1)─ m.simon.539 20.11.2023 um 23:34- q=-1
- q<-1
behandeln.
Damit hat man bereits \(q\in\mathbb{Q}\) behandelt.