Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Moderators: dirkwb, Xilvo

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 17

Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Ik wist niet helemaal hoe ik de titel zou moeten noemen, maar ik zit met het volgende probleem.

Ik wil aantonen dat geldt:
\(
\int^n_0 lnxdx<ln(n!)<\int^{n+1}_0 lnxdx
\)
Ik denk dat het iets te maken heeft met Riemannsommen, ik weet dat je ln(n!) kan schrijven als:
\(
\sum^n_{k=1}ln(k)
\)
Mijn gok is, dat het linkerdeel de "ondersom" en het rechter deel de "bovensom" is. Ik heb alleen verder geen idee waar ik moet beginnen. Kun je die integralen ook schrijven als sommen?

Kan iemand mij misschien een stukje op weg helpen?

Berichten: 555

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Een interessante opgave. Wat ik meteen kan zien is.

* Je hebt nodig dat de logaritme een monotoon stijgende functie is
\(ln (a)<ln(b)\)
als a<b.

* Een expansie van de integralen als limiet van de riemann som

* Je uitdrukking van ln(n!) als som kan je herschrijven

Ik denk dat je er op die manier zou moeten komen. Probeer het zelf nu nog eens, dan doe ik ondertussen hetzelfde.

Geef ook aan wanneer je welke eventuele eigenschappen je gebruikt.

Gebruikersavatar
Berichten: 17

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Ik heb niet heel vaak een expansie gemaakt van een integraal, die ik heb gemaakt waren heel erg makkelijk. Ik weet niet precies hoe dit werkt...
\(
\int_0^n ln(n) = \lim_{0 \to \infty} \sum^n_{k=1} ln(?)
\)
Is het iets wat hierop lijkt?

Ik dacht zelf het op te kunnen lossen met e machten, dus:
\(
e^{nlogn-n}=n^ne^{-n}=(\frac{n}{e})^n<n!
\)
en via daar kom ik op de ongelijkheid:
\(
e^n<\frac{n^n}{n!}
\)
Gevoelsmatig klopt dat voor alle n groter/gelijk aan 1, want de limiet van het eerste deel gaat naar 0, maar ik weet niet hoe ik dat aantoon.

Ik ben nu wel beniewd naar die expansie!

Berichten: 555

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Ik zou net een stapje terug gaan als je laatste vergelijking.

Dan kan je de ongelijkheid
\(\left( \frac{n}{e}\right)^n <n!\)
bewijzen per inductie.

Dan is de eerste ongelijkheid bewezen. Dan rest de tweede nog.

Ikzelf ben er nog niet helemaal uit op de eerder aangehaalde manier, daar ga ik nu mee verder.

Gebruikersavatar
Berichten: 17

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Ik ga even een computer zoeken... Mijn telefoon haalt om de een of andere reden elke backslash uit de code waardoor het onleesbaar wordt

Berichten: 546

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Waarom is het voldoende om dat met inductie te doen? Je hebt het dan bewezen dat het geldt voor alle natuurlijke n, maar niet voor alle reële n.

Berichten: 555

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Ik ga ervan uit dat hier met n een natuurlijk getal bedoeld wordt zoals vaak het geval is in dit soort dingen.

Maar als het geld voor natuurlijke n kan je denk ik wel een uitbreiding maken naar de reele getallen.

In eerste instantie zou ik dan het monotone karakter van de logaritme gebruiken.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

JorisL schreef: ma 17 feb 2014, 01:37
Ik ga ervan uit dat hier met n een natuurlijk getal bedoeld wordt zoals vaak het geval is in dit soort dingen.


Het is veilig om dit aan te nemen lijkt me, de faculteit functie wordt meestal enkel gedefinieerd binnen natuurlijke getallen.

Die kan uitgebreid worden naar de reële getallen, maar een degelijke cursus behandelt dit wel. Meestal wordt de gamma functie hiervoor gekozen.
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Berichten: 7.068

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Ikke nie snap...
\(\int_0^n \ln(x) dx = n \ln(n) - n\)
dus:
\(\int_0^1 \ln(x) dx < \ln(1!) < \int_0^2 \ln(x) dx\)
\(1 \ln(1) - 1 < \ln(1) < 2 \ln(2) - 2\)
\(-1 < 0 < -0.614\)
Dit klopt dan toch gewoon niet?

Gebruikersavatar
Berichten: 17

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Ja, n is uit de natuurlijke getallen... Sorry, dat is mijn fout! Die integraal is over 1 tot n+1. Heb ik verkeerd opgeschreven. Dus dan komt er nog 1 bij.

Berichten: 7.068

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Met de aangepaste ondergrens naar 1 is er nog steeds een probleem. Voor, bijvoorbeeld, n=1 is het linkerdeel niet kleiner dan het midden. Bedoel je kleiner of gelijk aan?

Gebruikersavatar
Berichten: 17

Re: Riemann, somformules, ln(n!), reeksen

Kleiner. De eerste integraal is wel goed, de tweede is vanaf 1 ;) dus -1<0<1,614

Reageer