極限-はさみうちの原理-
xy平面上に2つの曲線C1:y=(sinx)/x^2 (x>0),C2:y=(cosx)/x (x>0)があり,曲線C1,C2の交点のx座標を小さい方から順にa_k (k=1,2,…)とする.a_k≦x≦a_(k+1)において,曲線C1と曲線C2とで囲まれる部分の面積をS_k (k=1,2,…)とするとき,次の問に答えよ.
(1) kπ<a_k<{k+(1/2)}π (k=1,2,…) が成り立つことを示せ.
(2) S_k (k=1,2,…) をa_k,a_(k+1)を用いて表わせ.ただし,三角関数を用いない形で答えよ.
(3) lim[n→∞]{Σ[k=n+1,2n]S_k} を求めよ.
という問題です.
(1)は,a_kは結局x=tanxの交点のx座標に等しいこと,0<x<π/2ではtanx>xであること,tanxの漸近線を考えることで示せました.
(2)は,kが偶数のときcos(a_k)>0,kが奇数のときcos(a_k)<0であることとa_k=tan(a_k)であることを利用して
S_k=1/√{1+(a_k)^2}+1/√{1+(a_(k+1))^2}
問題は(3)なのですが,明らかに(1)の不等式を利用してのはさみうちの原理だと思うのですが…とりあえず分かったところまで書きます.
(1)よりkπ<a_k<{k+(1/2)}πであるから
1/√{1+(π^2)(k+1/2)^2}+1/√{1+(π^2)(k+3/2)^2}<S_k<1/√{1+(π^2)(k+1)^2}+1/√{1+(π^2)k^2}
ここで,
(最右辺)<(1/π){1/k+1/(k+1)}<∫[k-1,k+1]1/xdx
よって,Σ[k=n+1,2n]S_k<(1/π)∫[n,2n](1/x)dx+(1/π)∫[n+1,2n+1](1/x)dx→(2/π)log2 (n→∞)
…たぶん求める極限値は(2/π)log2になると思うのですが,左側の不等式による評価が出来ず行き詰っています.どなたかご教授ください.
補足
ありがとうございましたm(__)m