Cho dãy số $\left \{ u_n \right \}$ với $u_n=\frac{n+1}{2^{n+1}}.(\frac {2}{2}+\frac{2^2}{2}+\frac{2^3}{3}+...+\frac{2^n}{n})$
Chứng minh rằng $\left \{ u_n \right \}$ có giới hạn và tìm $\lim_{x\rightarrow +\infty}u_n$
__________
Bài này dùng Stolz được không m.n?
Đề bài phải là $\left \{ u_n \right \}$ với $u_n=\frac{n+1}{2^{n+1}}.(\frac {2}{1}+\frac{2^2}{2}+\frac{2^3}{3}+...+\frac{2^n}{n})$ và $\lim_{n\rightarrow +\infty}u_n$
Lời giải:
Ta có: \[{u_{n + 1}} = \frac{{n + 2}}{{{2^{n + 2}}}}\sum\limits_{k = 1}^{n + 1} {\frac{{{2^k}}}{k}} = \frac{{n + 2}}{{{2^{n + 2}}}}\left( {\frac{{{2^1}}}{1} + \frac{{{2^2}}}{2} + ... + \frac{{{2^{n + 1}}}}{{n + 1}}} \right)\]
$$ = \frac{{n + 2}}{{2\left( {n + 1} \right)}}.\frac{{n + 1}}{{{2^{n + 1}}}}\left( {\frac{{{2^1}}}{1} + \frac{{{2^2}}}{2} + ... + \frac{{{2^n}}}{n}} \right) + \frac{{n + 2}}{{2\left( {n + 1} \right)}} = \frac{{n + 2}}{{2\left( {n + 1} \right)}}\left( {{u_n} + 1} \right)$$
Tương tự: $${u_{n + 2}} = \frac{{n + 3}}{{2\left( {n + 2} \right)}}\left( {{u_{n + 1}} + 1} \right)$$
Từ đó: $${u_{n + 2}} - {u_{n + 1}} = \frac{{\left( {n + 1} \right)\left( {n + 3} \right)\left( {{u_{n + 1}} + 1} \right) - {{\left( {n + 2} \right)}^2}\left( {{u_n} + 1} \right)}}{{2\left( {n + 1} \right)\left( {n + 2} \right)}}$$
$$ = \frac{{\left( {{n^2} + 4n + 3} \right)\left( {{u_{n + 1}} - {u_n}} \right) - {u_n} - 1}}{{2\left( {n + 1} \right)\left( {n + 2} \right)}}$$
Uuy ra $\left\{ {{u_n}} \right\}$ là một dãy lượng giác. Do đó tồn tại $\mathop {\lim }\limits_{n \to + \infty } {u_n} = L$.
Từ ${u_{n + 1}} = \frac{{n + 2}}{{2\left( {n + 1} \right)}}\left( {{u_n} + 1} \right)$ chuyển qua giới hạn, ta được: $L = \frac{1}{2}\left( {L + 1} \right) \Leftrightarrow L = 1$
Vậy $\mathop {\lim }\limits_{n \to + \infty } {u_n} = 1$.