Limita odmocniny

@andrea@andrea

Druhá odmocnina

Pro druhou n\sqrt{n} odmocninu a0,+){+}a ∈ ⟨0, +∞) ∪ \{+∞\} platí

limnan=a\lim\limits_{n \to a} \sqrt{n} = \sqrt{a}.

Řešení pro případ a=0a = 0

Mějme U0(ε)U_0(ε) libovolné okolí bodu 0. Je-li xU0(δ)Dx=0,δ)x ∈ U_0(δ) ∩ D_{\sqrt{x}} = ⟨0, δ) nenulové, pak podmínka x<ε\sqrt{x} < ε je ekvivalentní podmínce x<ε2x < ε^2. Stačí proto volit δ:=ε2δ := ε^2.

Řešení pro případ a=a = ∞

limx+x=+\lim\limits_{x \to +∞} \sqrt{x} = +∞

Případ c0c ≤ 0 je triviální. Pokud c>0c > 0 pak pro libovolné kladné x je podmínka x>c\sqrt{x} > c ekvivalentní podmínce x>c2x > c^2. Pro každé xU+(c2)x ∈ U_{+∞}(c^2) tedy platí xU+(c)\sqrt{x}∈ U_{+∞}(c).

Prozkoumejme nyní případ a(0,+)a ∈ (0, +∞). Mějme ε>0ε > 0 a hledejme k němu δ>0δ > 0 tak, aby platila implikace

xa<δxa<ε|x−a|<δ ⇒ |\sqrt{x}−\sqrt{a}|<ε.

Bez újmy na obecnosti předpokládejme, že δ<a/2δ < a/2, pak pro každé xUa(δ)x ∈ U_a(δ) platí x>a/2x > a/2. Potom pro xUa(δ)x ∈ U_a(δ) platí

xa=xaxa<δa/2+a=cδ |\sqrt{x}−\sqrt{a}| = \frac{ |x− a| }{ \sqrt{x}−\sqrt{a} } < \frac{δ}{a/2+\sqrt{a}} = c·δ

kde c=1c = 1 je kladná konstanta. Vidíme, že zvolíme-li δ<a/2δ < a/2 a současně δ<ε/cδ < ε/c, skutečně pro xUa(δ)x∈U_a(δ) platí xa<ε|x− a|<ε.

V případě k té odmocniny můžeme postupovat naprosto analogicky. Jen argumentace bude algebraicky náročnější, protože budeme muset použít známý algebraický vzorec

xkyk=(xy)j=0k1xk1+jyj,x,yR x^k−y^k = (x-y)\sum_{j=0}^{k-1} x^{k-1+j}y^{j}, x,y \in ℝ

N-tá odmocnina

limnnn=1\lim\limits_{n \to \infty} \sqrt[n]{n} = 1

Řešení

Položme hn:=n1h_n := \sqrt{n} − 1. Z jedné strany platí hn0h_n ≥ 0 pro každé n=1,2,3,...n = 1,2,3,.... Z binomické věty dostaneme pro n2n ≥ 2

n=(1+hn)n=(n1)hnk>1+(n1)hn2n = (1+h_n)^n = \binom{n}{1}h_n^k > 1 + \binom{n}{1}h_n^2 a tedy pro n ≥ 2 platí

n1n(n12hn2n-1 ≥ \frac{n(n-1}{2}h^2_n

Pro n2n ≥ 2 je výraz n(n1)2\frac{n(n−1)}{2} kladný a můžeme jím proto poslední nerovnost vydělit a díky nezápornosti hnh_n poté i odmocnit. Po těchto úpravách dostáváme

0hn2n 0≤h_n≤ \frac{2}{n}

N-tá odmocnina z konstanty

limncn=1\lim\limits_{n \to \infty} \sqrt[n]{c} = 1