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Beweisen Sie die folgenden Aussagen.


a) \(\lim\limits_{n\to\infty} (\frac{n^{3}}{\sqrt{n^2+a}}-\frac{n^{3}}{\sqrt{n^2+b}}) = \frac{1}{2}(b-a) \) für a,b > 0


b) \(\lim\limits_{n\to\infty} \sqrt[n]{a^{n}+b^{n}}=a für a> b > 0 \)
   Hinweis : \(\lim\limits_{n\to\infty} \sqrt[n]{a^{n}+b^{n}} = a\sqrt[n]{1+(\frac{b}{a})^n}  und  1<1+(\frac{b}{a})^n < 2 \)

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(a)

$$\left(\frac{n^3}{\sqrt{n^2 + a}} - \frac{n^3}{\sqrt{n^2 + b}}\right) =n^3 \frac{\sqrt{n^2 + b} - \sqrt{n^2 + a}}{\sqrt{n^2 + a} \cdot \sqrt{n^2 + b}}$$

$$= \frac{n}{\sqrt{1 + \frac a{n^2}} \cdot \sqrt{1 + \frac b{n^2}}}\cdot \frac{n^2 + b -( n^2 + a)}{\sqrt{n^2 + b} + \sqrt{n^2 + a}} $$

$$= \frac{1}{\sqrt{1 + \frac a{n^2}} \cdot \sqrt{1 + \frac b{n^2}}}\cdot \frac{b -a}{\sqrt{1 + \frac b{n^2}} + \sqrt{1 + \frac a{n^2}}}\stackrel{n\to\infty}{\longrightarrow}\frac {b-a}2$$

(b) Der Hinweis ist praktisch die Lösung. Für eine beliebige reelle Zahl \(c>0\) gilt

$$ \lim_{n\to\infty} \sqrt[n] c = 1$$

D.h.,

$$1 < 1+\left(\frac ba\right)^n < 2 \Rightarrow 1 < \sqrt[n]{1+\left(\frac ba\right)^n} < \sqrt[n]{2}\stackrel{n\to\infty}{\longrightarrow}1$$

Laut "Einschnürungssatz" (oder auch "Sandwich-Theorem") gilt daher

$$\lim_{n\to\infty} \sqrt[n]{1+\left(\frac ba\right)^n} = 1$$

Die letzte Zeile darfst du selber aufschreiben. :-)

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