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极限lim(n接近无穷大)(1+1/n)^n=e证明

(2007-12-21 17:27:26)
首先需要二项式定理:

(a+b)^n=∑ C(i=0 –> i=n)n i a^(n-i) * b^i (式一)

用数学归纳法证此定理:
n=1 (a+b)^1 =a^(1-0)*b^0+a^(1-1)*b^1 =a+b
 故此,n=1时,式一成立。

设n1为任一自然数,假设n=n1时,(式一)成立 ,即:

(a+b)^n1=∑ C(i=0 –> i=n1)n1 i a^(n1-i) * b^i (式二)

则,当n=n1+1时:

式二两端同乘(a+b)

[(a+b)^n1]*(a+b)=[∑ C(i=0 –> i=n1)n1 i a^(n1-i) * b^i]*(a+b)

=> (a+b)^(n1+1)= ∑ C(i=0 –> i=(n1+1))(n1+1) i a^((n1+1)-i) * b^i ( 据乘法分配律)

因此二项式定理(即式一成立)

下面用二项式定理计算这一极限:

(1+1/n)^n (式一)

用二项式展开得:

(1+1/n)^n
= 1^n+(n/1)(1/n)+[(n(n-1))/(2*1)]*(1/n)^2+[(n(n-1)(n-2))/(3*2*1)]*(1/n)^3 + … +[(n(n-1)(n-2) …3)/((n-2)(n-1) … 2*1)]*(1/n)^(n-2)+ [(n(n-1)(n-2) …3*2)/((n-1)(n-2)(n-1) … 2*1)]*(1/n)^(n-1)+ [(n(n-1)(n-2) …3*2*1)/(n(n-1)(n-2)(n-1) … 2*1)]*(1/n)^n

由于二项展开式系数项的分子乘积的最高次项与(1/n)的次数相同,而系数为1,因此,最高次项与(1/n)的相应次方刚好相约,得1,低次项与1/n的相应次方相约后,分子剩下常数,而分母总余下n的若干次方,当n -> +∞,得0。因此总的结果是当n -> +∞,二项展开式系数项的各项分子乘积与(1/n)的相应项的次方相约,得1。余下分母。于是式一化为:

(1+1/n)^n =1+1+1/2!+1/3!+1/4!+1/5!+1/6!+ … + 1/n! (式二)

当n -> +∞时,你可以用计算机,或笔计算此值。这一数值定义为e。


补充:

将式二和公比为1/2的等比数列比较,其每一项都小于此等比数列,而此等比数列收敛,因此,式二必定收敛于一固定数值。

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