理论教育 数列极限存在准则应用实例

数列极限存在准则应用实例

时间:2023-10-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:)定义的数列;,其中{xn}是中定义的数列.精解 由于{xn}是由递推式定义的,所以宜用数列极限存在准则Ⅱ求解.由x1∈(0,π)知{xn}是正项数列(容易看到xn<1,n=2,3,…,由以及知{an}单调减少有下界.因此由数列极限存在准则Ⅱ知{an}收敛.

数列极限存在准则应用实例

当数列极限不易用运算法则和函数极限计算时,往往使用极限存在准则进行计算.

数列极限有以下两个存在准则:

数列极限存在准则Ⅰ 设数列{xn},{yn},{zn},如果它们满足ynxnznn=1,2,…),且978-7-111-49525-3-Part03-79.jpg978-7-111-49525-3-Part03-80.jpg

注 在利用数列极限存在准则Ⅰ计算978-7-111-49525-3-Part03-81.jpg时,可以通过适当缩小与放大xn,寻找数列{yn}与{zn}.

数列极限存在准则Ⅱ 设数列{xn}单调不减有上界或单调不增有下界,则978-7-111-49525-3-Part03-82.jpg存在.

注 当{xn}由递推式x1xn+1=fxn)(n=1,2,…)定义时,往往使用这一准则,并且当证得978-7-111-49525-3-Part03-83.jpgn存在时,记其极限为A,对所给递推式两边令n→∞取极限得A=fA.解此方程所得A的值,即为978-7-111-49525-3-Part03-84.jpg的值.

例2.1 计算下列数列极限:

(1)978-7-111-49525-3-Part03-85.jpg,其中978-7-111-49525-3-Part03-86.jpgn=1,2,…;

(2)978-7-111-49525-3-Part03-87.jpg,其中978-7-111-49525-3-Part03-88.jpg,2,….

精解 (1)由于978-7-111-49525-3-Part03-89.jpg不是某个函数的积分和式,现对它作适当缩小与放大得

并且978-7-111-49525-3-Part03-91.jpg所以由数列极限存在准则Ⅰ知978-7-111-49525-3-Part03-92.jpg

(2)容易看到

并且978-7-111-49525-3-Part03-94.jpg,所以,由数列极限存在准则Ⅰ知978-7-111-49525-3-Part03-95.jpg

例2.2 证明:

(1)1-2t2cos 2t<1(0<t≤1);

精解 (1)对t∈(0,1],显然有cos 2t<1,下面证1-2t2<cos 2t.

ft)=cos 2t-(1-2t2),则它在[0,1]上连续,在(0,1)内可导且

f′t=-2sin 2t+4t=2(2t-sin 2t0,所以,对于t∈(0,1]有ft)>f(0)=0,即1-2t2<cos 2t.(www.daowen.com)

(2)由(1)中已证的不等式知

其中978-7-111-49525-3-Part03-98.jpg所以,由数列极限存在准则Ⅰ得978-7-111-49525-3-Part03-99.jpg

例2.3 求下列极限:

(1)978-7-111-49525-3-Part03-100.jpg,其中{xn}是由递推式0<x1<π,xn+1=sin xnn=1,2,…)定义的数列;

(2)978-7-111-49525-3-Part03-101.jpg,其中{xn}是(1)中定义的数列.

精解 (1)由于{xn}是由递推式定义的,所以宜用数列极限存在准则Ⅱ求解.x1∈(0,π)知{xn}是正项数列(容易看到xn<1,n=2,3,…),

xn+1=sin xn<xnn=1,2,…),即{xn}单调减少有下界,所以由数列极限存在准则Ⅱ知978-7-111-49525-3-Part03-102.jpg存在,记为A,则A∈[0,1).

在递推式xn+1=sin xn的两边令n→∞取极限得A=sin A.显然在[0,1)上该方程仅有解A=0.因此978-7-111-49525-3-Part03-103.jpg

(2)由于978-7-111-49525-3-Part03-104.jpg,所以将上式右边的xn换为x,得1∞型未定式极限978-7-111-49525-3-Part03-105.jpg

其中,978-7-111-49525-3-Part03-107.jpg因此978-7-111-49525-3-Part03-108.jpg从而978-7-111-49525-3-Part03-109.jpg

例2.4 (1)证明:对任意的正整数n978-7-111-49525-3-Part03-110.jpg成立;

(2)设978-7-111-49525-3-Part03-111.jpg,证明数列{an}收敛.

精解 (1)ln(1+x)在978-7-111-49525-3-Part03-112.jpg上满足拉格朗日中值定理条件,所以存在ξ978-7-111-49525-3-Part03-113.jpg,使得

978-7-111-49525-3-Part03-115.jpg所以由978-7-111-49525-3-Part03-116.jpg978-7-111-49525-3-Part03-117.jpg

(2)现用数列极限存在准则Ⅱ证明{an}收敛.n=1,2,…,由

以及978-7-111-49525-3-Part03-119.jpg知{an}单调减少有下界.因此由数列极限存在准则Ⅱ知{an}收敛.

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