Riemann Limit Integral 318581
1. **問題陳述**:
(五) 求極限 $$\lim_{n \to \infty} \frac{\sqrt{1} + \sqrt{2} + \cdots + \sqrt{n}}{\sqrt{n^3}}$$,利用黎曼積分方法。
(六) 找函數 $$f(x)$$ 和常數 $$a$$,使得 $$7 + \int_a^x \frac{f(t)}{t^2} dt = 3\sqrt{x}$$ 對所有 $$x > 0$$ 成立。
2. **(五) 利用黎曼積分求極限**:
- 觀察分子為 $$\sum_{k=1}^n \sqrt{k}$$,分母為 $$\sqrt{n^3} = n^{3/2}$$。
- 將分子寫成 $$\sum_{k=1}^n \sqrt{k} = \sum_{k=1}^n k^{1/2}$$。
- 將分子除以 $$n^{3/2}$$,可寫成 $$\frac{1}{n} \sum_{k=1}^n \left(\frac{k}{n}\right)^{1/2}$$。
- 這是黎曼和形式,對應函數 $$f(x) = x^{1/2}$$,區間 $$[0,1]$$。
- 因此極限為黎曼積分:
$$\lim_{n \to \infty} \frac{\sqrt{1} + \cdots + \sqrt{n}}{n^{3/2}} = \int_0^1 x^{1/2} dx$$。
- 計算積分:
$$\int_0^1 x^{1/2} dx = \left[ \frac{2}{3} x^{3/2} \right]_0^1 = \frac{2}{3}$$。
3. **(六) 求函數 $$f(x)$$ 和常數 $$a$$**:
- 題目給定:
$$7 + \int_a^x \frac{f(t)}{t^2} dt = 3\sqrt{x}$$。
- 對 $$x$$ 兩邊微分,利用微積分基本定理:
$$\frac{d}{dx} \left(7 + \int_a^x \frac{f(t)}{t^2} dt \right) = \frac{d}{dx} (3\sqrt{x})$$。
- 左邊微分得:
$$\frac{f(x)}{x^2}$$。
- 右邊微分得:
$$\frac{3}{2} x^{-1/2}$$。
- 因此:
$$\frac{f(x)}{x^2} = \frac{3}{2} x^{-1/2}$$。
- 解出 $$f(x)$$:
$$f(x) = \frac{3}{2} x^{-1/2} \times x^2 = \frac{3}{2} x^{3/2}$$。
4. **求常數 $$a$$**:
- 將 $$x = a$$ 代入原式:
$$7 + \int_a^a \frac{f(t)}{t^2} dt = 3\sqrt{a}$$。
- 積分上下限相同,積分值為 0,故:
$$7 = 3\sqrt{a}$$。
- 解出 $$a$$:
$$\sqrt{a} = \frac{7}{3} \Rightarrow a = \left(\frac{7}{3}\right)^2 = \frac{49}{9}$$。
**最終答案**:
(五) 極限為 $$\frac{2}{3}$$。
(六) 函數 $$f(x) = \frac{3}{2} x^{3/2}$$,常數 $$a = \frac{49}{9}$$。