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求数列极限的方法
摘要它从方法上表现了高等数学与初等数学的不同。极限研究的是变量在变化过程中的趋势问题。数学分析中所讨论的极限大体上分为两类:一类是数列的极限,一类是函数的极限。两类极限在本质上是相同的,在形式上数列极限是函数极限的特例。本文在求极限的过程中,必然以相关的概念、定理及公式为依据,并借助一些重要的方法和技巧。数列极限:设是一数列,如果存在常数,当n无限增大时,无限接近(或趋近)于,则称数列收敛,称为数列的极限,或称数列收敛于,记为=或:→,当n→∞。}是一个数列,事一个确定的数,若?ε>0,存在自然数N使得当n>N时,就有│-│<ε,则称数列收敛于 ,称为它的极限,记作 = 或→(n→∞) 的极限等于”或“当n趋于无穷大时,趋于”。lim为拉丁文limes一词的前三个字母,也有说成是英文limit一词的前三个字母的。若数列{}没有极限,则称这个数列不收敛或称它为发散数列。
数列极限的性质:
1.唯一性:若数列的极限存在,则极限值是唯一的;
2.有界性:如果一个数列收敛(有极限),那么这个数列有界。但,如果一个数列有界,这个数列未必收敛。
3.保号性:如果一个数列{}收敛于a,且a0(或a0),那么存在正整数N,当nN时,都有0(或0)。
4.改变数列的有限项,不改变数列的极限。
几个常用数列的极限:
(│q│1),
2.2利用定积分求数列极限
通项中含有n!的数列极限,由于n!的特殊性,直接求非常困难,而转化为定积分来求救相对容易了。
例1 求
解: 将提出,则原和式可改写为
它可以看作是函数在区间上的积分和,
所采用的是n等分区间,并且在每个小区间上均取右端函数值。因此
例2 求
解: 原式=
=
=
=
=
=
注1 把乘积转化为和的形式对函数是一个有利的工具。
结论1 若lnf(x)在上可积,则
2.3利用四则运算法则求数列极限
若{}与{}为收敛数列,则{+ },{ - },{ }也都是收敛数列,且有
例:3 求
解:
由 ,
得= =
2.4 利用重要极限求数列的极限
两个重要极限分别为 (1) (2)
例4 求
解 : =
2.5 利用两个准则求极限。
(1)夹逼准则:若一正整数 ,当时,有且则有 .
利用夹逼准则求极限关键在于从的表达式中,通常通过放大或缩小的方法找出两个有相同极限值的数列和 ,使得。
例5:求的极限
解:因为单调递减,所以存在最大项和最小项
则
又因为
(2):单调有界准则:单调有界数列必有极限,而且极限唯一。
利用单调有界准则求极限,关键先要证明数列的存在,然后根据数列的通项递推公式求极限。
例6 证明下列数列的极限存在,并求极限。
证明:从这个数列构造来看 显然是单调增加的。用归纳法可证。
又因为
所以得. 因为前面证明是单调增加的。
两端除以得
因为则, 从而
即 是有界的。根据定理有极限,而且极限唯一。
令 则
则 因为 解方程得
所以
2.6几类特殊数列极限的求法
(1)公式型
若是等比数列,其前n项和为,公比q满足│q│1,则
例7 若数列的通项是,则求
解:
则是等比数列,且其首项为,公比为;
是等比数列,且其首项为,公比为。
所以
(2)分式型
分子、分母同除以某代数式,使之符合极限的运算法则。若分子、分母事多项式,则分子、分母同除以n的最高次幂,然后利用(k0)来求极限;若分子、分母含指数式,则分子、分母同初除以底数的绝对值大的项,然后利用(│q│1)来求极限。
例8 求
解: ,
则原式=
(3)无理式型
一般是先有理化,然后利用极限的运算法则
例9 已知a、b为常数,且,求a、b的值
解:
=
=
则 解得 a= , b=4
(4)和型或积型
对和型或积型,应先求和或求积,再求极限
例10 求的值
解: 原式=
=
(5) 递推型
已知数列的递推式求数列的极限,一般对递推式两边取极限,利用构造方程求解;也可求出递推数列的通项公式后,再求极限。
例11 已知a0,数列满足。若的极限存在且大
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