積の n 乗根の極限(対数をとって区分求積)(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 積の n 乗根の極限(対数をとって区分求積)(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
極限 $\displaystyle\lim_{n\to\infty}\left\{\frac{(n+1)(n+2)\cdots(3n)}{n^{2n}}\right\}^{\frac{1}{n}}$ を求めよ.
与えられた式を $a_n$ とする.$(n+1)(n+2)\cdots(3n)$ は $2n$ 個の数 $n+k\ (k=1,\,2,\,\cdots,\,2n)$ の積であるから,各因数を $n$ で割ると
\[ a_n=\left\{\left(1+\frac{1}{n}\right)\left(1+\frac{2}{n}\right)\cdots\left(1+\frac{2n}{n}\right)\right\}^{\frac{1}{n}} \]
自然対数をとると
\[ \log a_n=\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{2n}\log\left(1+\frac{k}{n}\right)\to\int_0^2\log(1+x)\,dx \]
($\dfrac{k}{n}$ は $0$ から $2$ までを $\dfrac{1}{n}$ 刻みで動く.)
\[ \int_0^2\log(1+x)\,dx=\Bigl[(1+x)\log(1+x)-x\Bigr]_0^2=3\log 3-2=\log\frac{27}{e^2} \]
よって $\displaystyle\lim_{n\to\infty}a_n=\frac{27}{e^2}$
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