数列极限求法及其应用
《数列极限》课件

适用于任何收敛数列的证明 。
需要选择合适的正数 $varepsilon$,以确保证明
的有效性。
夹逼定理证明法
01 总结词
通过夹逼定理来证明数列的收 敛性。
02 详细描述
03 适用范围
适用于某些收敛数列的证明。
夹逼定理指出,如果存在两个 常数$a$和$b$,使得$a leq a_n leq b$且$lim_{n to infty} a = lim_{n to infty} b = L$, 则数列${a_n}$也收敛于$L$。 通过证明存在这样的常数$a$和 $b$,可以证明数列的收敛性。
利用数列极限探究数学规律或现象,如 探究数学猜想、探究函数的周期性等。
利用数列极限求解复杂数学问题,如求 解高阶导数、求解微分方程等。
详细描述 利用数列极限证明函数的性质或定理。
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微积分基本定理的推导
01
微积分基本定理的 内容
微积分基本定理是微积分学中的 重要定理,它建立了定积分与不 定积分之间的关系。
02
微积分基本定理的 推导过程
通过极限理论、实数完备性等数 学工具,可以推导出微积分基本 定理。
03
微积分基本定理的 应用
微积分基本定理是计算定积分的 基石,可以用于解决面积、体积 、长度等几何和物理问题。
需要选择合适的正数,以确 保证明的有效性。
柯西收敛准则证明法
总结词
详细描述
适用范围
注意事项
通过柯西收敛准则来证明数 列的收敛性。
柯西收敛准则指出,如果对于任 意正数$varepsilon$,存在正整 数$N$,使得当$n, m > N$时, 有$|a_n - a_m| < varepsilon$ ,则数列收敛。通过证明存在这 样的$N$,可以证明数列的收敛
求数列极限的十五种解法

求数列极限的十五种方法1.定义法N ε-定义:设{}n a 为数列,a 为定数,若对任给的正数ε,总存在正数N ,使得当n N >时,有n a a ε-<,则称数列{}n a 收敛于a ;记作:lim n n a a →∞=,否则称{}n a 为发散数列.例1.求证:1lim 1nn a →∞=,其中0a >.证:当1a =时,结论显然成立.当1a >时,记11n a α=-,则0α>,由()1111(1)nn a n n ααα=+≥+=+-,得111na a n--≤, 任给0ε>,则当1a n N ε->=时,就有11n a ε-<,即11na ε-<,即1lim 1nn a →∞=.当01a <<时,令1b a=,则1b >,由上易知:1lim 1nn b →∞=,∴111lim 1lim n n nn a b→∞→∞==.综上,1lim 1nn a →∞=,其中0a >.例2.求:7lim !nn n →∞. 解:变式:77777777777771!1278917!6!n n n n n n=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅≤⋅=⋅-;∴77710!6!n n n -≤⋅, ∴0ε∀>,7716!N ε⎡⎤∃=⋅⎢⎣⎦,则当n N >时,有77710!6!n n n ε-≤⋅<;∴7lim 0!n n n →∞=. 2.利用柯西收敛准则柯西收敛准则:数列{}n a 收敛的充要条件是:0ε∀>,∃正整数N ,使得当n m N >、时,总有:n m a a ε-<成立. 例3.证明:数列1sin (1, 2, 3, )2nn kk kx n ===⋅⋅⋅∑为收敛数列. 证:11111sin(1)sin 111112(122222212n mn m m n m n m m m n x x m -+++-+-=+⋅⋅⋅+≤+⋅⋅⋅+<<<-, 0ε∀>,取1N ε⎡⎤=⎢⎥⎣⎦,当n m N >>时,有n m x x ε-<,由柯西收敛准则,数列{}n x 收敛.例4.(有界变差数列收敛定理)若数列{}n x 满足条件:11221n n n n x x x x x x M ----+-+⋅⋅⋅-≤,(1, 2, )n =⋅⋅⋅,则称{}n x 为有界变差数列,试证:有界变差数列一定收敛.证:令1112210, n n n n n y y x x x x x x ---==-+-+⋅⋅⋅-,那么{}n y 单调递增,由已知可知:{}n y 有界,故{}n y 收敛, 从而0ε∀>,∃正整数N ,使得当n m N >>时,有n m y y ε-<;此即1121n m n n n n m m x x x x x x x x ε---+-≤-+-+⋅⋅⋅-<;由柯西收敛准则,数列{}n x 收敛. 注:柯西收敛准则把N ε-定义中的n a 与a 的关系换成了n a 与m a 的关系,其优点在于无需借用数列以外的数a ,只需根据数列本身的特征就可鉴别其敛散性. 3.运用单调有界定理单调有界定理:在实数系中,有界的单调数列必有极限.例5.证明:数列n x =n 个根式,0a >,1, 2, n = )极限存在,并求lim nn x →∞.证:由假设知n x =;①用数学归纳法可证:1, n n x x k N +>∈;② 此即证{}n x 是单调递增的.事实上,10n x +<<<1=;由①②可知:{}n x 单调递增有上界,从而lim n n x l →∞=存在,对①式两边取极限得:l =解得:l =l =;∴lim n n x →∞=4.利用迫敛性准则(即两边夹法)迫敛性:设数列{}n a 、{}n b 都以a 为极限,数列{}n c 满足:存在正数N ,当n N >时,有:n n n a c b ≤≤,则数列{}n c 收敛,且lim n n c a →∞=. 例6.求:22212lim()12n nn n n n n n n→∞++⋅⋅⋅+++++++.解:记:2221212n n x n n n n n n n =++⋅⋅⋅+++++++,则:2212121n n nx n n n n n ++⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅+≤≤++++;∴22(1)(1)2(2)2(1)n n n n n x n n n n ++≤≤+++;从而22(1)1(1)lim lim 2(2)22(1)n n n n n n n n n n →∞→∞++==+++, ∴由迫敛性,得:222121lim()122n n n n n n n n n →∞++⋅⋅⋅+=++++++.注:迫敛性在求数列极限中应用广泛,常与其他各种方法综合使用,起着基础性的作用. 5.利用定积分的定义计算极限黎曼积分定义:设为()f x 定义在[, ]a b 上的一个函数,J 为一个确定的数,若对任给的正数0ε>,总存在某一正数δ,使得对[, ]a b 的任意分割T ,在其上任意选取的点集{}i ξ,i ξ∈[]1,i i x x -,只要T δ<,就有1()niii f x Jξε=∆-<∑,则称函数()f x 在[, ]a b 上(黎曼)可积,数J 为()f x 在[, ]a b 上的定积分,记作()baJ f x dx =⎰.例7.求:()()11lim !2!nnn n n n --→∞⎡⎤⋅⋅⎣⎦. 解:原式n n →∞→∞==112lim (1)(1)(1)nn n n n n →∞⎡⎤=++⋅⋅⋅+⎢⎥⎣⎦11exp lim ln(1)nn i i nn →∞=⎛⎫=+ ⎪⎝⎭∑()()1expln(1)exp 2ln 21x dx =+=-⎰.例8.求:2sin sin sin lim 1112n n n n n n n n n πππ→∞⎛⎫⎪++⋅⋅⋅+ ⎪+ ⎪++⎪⎝⎭. 解:因为:222sinsinsin sin sin sin sin sin sin 111112n n n nn n n n n n n n n n n n n n nπππππππππ++⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅+<++⋅⋅⋅+<+++++,又:2sinsinsin 12limlim (sin sin sin )11n n n n n nn n n n n n n n ππππππππ→∞→∞++⋅⋅⋅+⎡⎤=⋅⋅++⋅⋅⋅+⎢⎥++⎣⎦∴02sinsinsin 12limsin 1n n nn n xdx n ππππππ→∞++⋅⋅⋅+=⋅=+⎰; 同理:2sinsinsin 2lim1n n nn n n nππππ→∞++⋅⋅⋅+=+; 由迫敛性,得:2sin sin sin 2lim 1112n n n n n n n n n ππππ→∞⎛⎫⎪++⋅⋅⋅+= ⎪+ ⎪++⎪⎝⎭. 注:数列极限为“有无穷多项无穷小的和的数列极限,且每项的形式很规范”这一类型问题时,可以考虑能否将极限看作是一个特殊的函数定积分的定义;部分相关的数列极限直接利用积分定义可能比较困难,这时需要综合运用迫敛性准则等方法进行讨论.6.利用(海涅)归结原则求数列极限归结原则:0lim ()x xf x A →=⇔对任何0 ()n x x n →→∞,有lim ()n n f x A →∞=. 例9.求:11lim 1n n e n →∞-. 解:11001lim lim ()111n nx x n n e e e e n n=→∞→∞--'===-. 例10.计算:211lim 1nn n n →∞⎛⎫+- ⎪⎝⎭. 解:一方面,2111(1)(1) ()n n e n n n n+-<+→→∞; 另一方面,2221112221111(1)(1)(1n n n n n n n n n n n n n -------+-=+≥+;由归结原则:(取2, 2, 3, 1n n x n n ==⋅⋅⋅-),22222111222211111lim(1)lim(1lim(1lim(1)lim(1)n n n x n n n n n n n x n n n n e x n n n n ----→∞→∞→∞→∞→∞----+=+⋅+=+=+=; 由迫敛性,得:211lim(1)nn e n n →∞+-=. 注:数列是一种特殊的函数,而函数又具有连续、可导、可微、可积等优良性质,有时我们可以借助函数的这些优良性质将数列极限转化为函数极限,从而使问题得到简化和解决. 7.利用施托尔茨(stolz )定理求数列极限stolz 定理1:()∞∞型:若{}n y 是严格递增的正无穷大数列,它与数列{}n x 一起满足:11lim n n n n n x x l y y +→∞+-=-,则有lim nn nx l y →∞=,其中l 为有限数,或+∞,或-∞.stolz 定理2:0()0型:若{}n y 是严格递减的趋向于零的数列,n →∞时,0n x →且11lim n n n n n x x l y y +→∞+-=-,则有lim nn nx l y →∞=,其中l 为有限数,或+∞,或-∞.例11.求:112lim ()p p pp n n p N n +→∞++⋅⋅⋅+∈. 解:令112, , p p p p n n x n y n n N +=++⋅⋅⋅+=∈,则由定理1,得:112lim p p p p n n n +→∞++⋅⋅⋅+=11(1)lim (1)p p p n n n n ++→∞+=+-1(1)1lim (1)1(1)12p n p p n p p p p n n →∞-+=+⋅++-+⋅⋅⋅+. 注:本题亦可由方法五(即定积分定义)求得,也较为简便,此处略.例12.设02ln nk nk n CS n ==∑,求:lim n n S →∞. 解:令2n y n =,则{}n y 单调递增数列,于是由定理2得:lim n n S →∞=02ln lim nknk n C n =→∞∑110022ln ln lim (1)n nk k n nk k n C C n n++==→∞-=+-∑∑01ln 1lim 21nk n n n k n =→∞+-+=+∑11(1)ln(1)ln lim 21n k n n n k n +=→∞++-=+∑ 1ln()(1)ln(1)ln ln(1)1lim lim 2122nn n n n n n n n n n →∞→∞+++--+===+.注:stolz 定理是一种简便的求极限方法,特别对分子、分母为求和型,利用stolz 定理有很大的优越性,它可以说是求数列极限的洛必达(L'Hospita )法则. 8.利用级数求和求数列极限由于数列与级数在形式上的统一性,有时数列极限的计算可以转化为级数求和,从而通过级数求和的知识使问题得到解决.例13.求:212lim()n n na a a→∞++⋅⋅⋅+,(1)a >. 解:令1x a =,则1x <,考虑级数:1nn nx ∞=∑.∵11(1)lim lim 1n n n n n n a n x x a nx ++→∞→∞+==<, ∴此级数是收敛的.令1()nn S x nx ∞==∑11n n x nx∞-==⋅∑,再令11()n n f x nx ∞-==∑,∵111()xxn n n n f t dt nt dt x ∞∞-=====∑∑⎰⎰1xx-;∴21()(1(1)x f x x x '==--; 而2()()(1)x S x x f x x =⋅=-;因此,原式=1112()(1)a S a a ---==-.9.利用级数收敛性判断极限存在由于级数与数列在形式上可以相互转化,使得级数与数列的性质有了内在的密切联系,因此数列极限的存在性及极限值问题,可转化为研究级数收敛性问题. 例14.设00x >,12(1)2n n nx x x ++=+(0, 1, 2, )n =⋅⋅⋅,证明:数列{}n x 收敛,并求极限lim nn x →∞. 证:由00x >,可得:0n x >(0, 1, 2, )n =⋅⋅⋅,令2(1)(), (0)2x f x x x+=>+, 则2210'()(2)2f x x <=<+,且12(1)(), 0, (0, 1, 2, )2n nn n nx f x x x n x ++==>=⋅⋅⋅+, 考虑级数:10n n n x x ∞+=-∑;由于11n n n n x x x x +--=-11()()n n n n f x f x x x ---=-11'()()12n n n n f x x x x ξ---<-;所以,级数10n n n x x ∞+=-∑收敛,从而10()n n n x x ∞+=-∑收敛.令()10nn k k k S x x +==-∑10n x x +=-,∵lim n n S →∞存在,∴10lim lim n n n n x x Sl +→∞→∞=+=(存在);对式子:12(1)2n n n x xx ++=+,两边同时取极限:2(1)2l l l+=+,∴l =或l =(舍负);∴lim nn x →∞= 例15.证明:111lim(1ln )23n n n→∞++⋅⋅⋅+-存在.(此极限值称为Euler 常数). 证:设1111ln 23n a n n =++⋅⋅⋅+-,则1n n a a --=[]1ln ln(1)n n n---; 对函数ln y n =在[1, ]n n -上应用拉格朗日中值定理, 可得:1ln ln(1) (01)1n n n θθ--=<<-+,所以1211111(1)(1)n n a a n n n n n θθθ---=-=<-+-+-; 因为221(1)n n ∞=-∑收敛,由比较判别法知:12n n n a a ∞-=-∑也收敛, 所以lim nn a →∞存在,即111lim(1ln )23n n n→∞++⋅⋅⋅+-存在. 10.利用幂级数求极限利用基本初等函数的麦克劳林展开式,常常易求出一些特殊形式的数列极限. 例16.设11sin sin , sin sin(sin ) (2, 3, )n n x x x x n -===⋅⋅⋅,若sin 0x >,求:sin n n x →∞. 解:对于固定的x ,当n →∞时,1sin n x单调趋于无穷,由stolz 公式,有: 2222111lim sin lim lim 111sin sin sin n n n n n n n n n n x x x x →∞→∞→∞++-==-221lim 11sin (sin )sin n n n x x→∞=-46622220002244221()1sin 3lim lim lim 111sin (())sin 3t t t t t o t t t t t t t t o t t t +++→→→-⋅+⋅===----+46622004411()1()33lim lim 311()(1)33t t t t o t t o t t o t o ++→→-⋅+-⋅+===++. 11.利用微分中值定理求极限拉格朗日中值定理是微分学重要的基本定理,它利用函数的局部性质来研究函数的整体性质,其应用十分广泛.下面我们来看一下拉格朗日中值定理在求数列极限中的应用.例17.求:2lim (arctan arctan )1n a an n n →∞-+,(0)a ≠. 解:设()arctan f x x =,在[, 1a an n+上应用拉格朗日中值定理, 得:21()()( [, ]1111a a a a a af f n n n n n nξξ-=-∈++++,故当n →∞时,0ξ→,可知:原式22lim 11n a nn a n ξ→∞=⋅⋅=++. 12.巧用无穷小数列求数列极限引理:数列{}n x 收敛于a 的充要条件是:数列{}n x a -为无穷小数列. 注:该引理说明,若lim nn x a →∞=,则n x 可作“变量”替换:令n n x a α=+,其中{}n α是一个无穷小数列. 定理1:若数列{}n α为无穷小数列,则数列{}n α也为无穷小数列,反之亦成立. 定理2:若数列{}n α为无穷小数列,则数列12{}nnααα++⋅⋅⋅+也为无穷小数列.推论1:设数列{}n α为无穷小数列,则数列12{}nnααα++⋅⋅⋅+也为无穷小数列.例18.(算术平均收敛公式)设lim n n x a →∞=,求极限12limnn x x x n→∞++⋅⋅⋅+.解:由lim nn x a →∞=,作“变量”代换,令n n x a α=+,其中{}n α是一无穷小数列; 由定理2的结论有:12lim n n x x x n →∞++⋅⋅⋅+12()()()lim n n a a a nααα→∞++++⋅⋅⋅++= 1212()()lim lim 0n n n n na a a a n nαααααα→∞→∞+++⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅+==+=+=.此题还可以用方法1(定义法)证明,也可通过方法7(stolz 公式)求得,此处略.例19.设lim n n x a →∞=,lim n n y b →∞=,求极限1211lim n n n n x y x y x y n-→∞++⋅⋅⋅+.解:由lim n n x a →∞=,lim n n y b →∞=,作“变量”代换,令n n x a α=+,n n y b β=+,其中{}n α,{}n β都是一无穷小数列, 故1211lim n n n n x y x y x y n -→∞++⋅⋅⋅+11()()()()lim n n n a b a b nαβαβ→∞+++⋅⋅⋅+++= 1111lim n n n n n ab b a n n n ααββαβαβ→∞+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅++⋅⋅⋅+⎡⎤=+++⎢⎥⎣⎦ 因为0n β→()n →∞,所以{}n β有界数列,即n M β≤, 从而结合上述推论1,有:12110 ()nn n M n nnααααβαβ++⋅⋅⋅++⋅⋅⋅≤⋅→→∞,再根据定理1,即有:110 ()n n n nαβαβ+⋅⋅⋅→→∞;又由定理2,可知:10na nββ+⋅⋅⋅+⋅→,10 ()nb n nαα+⋅⋅⋅+⋅→→∞;∴1211lim n n n n x y x y x y ab n-→∞++⋅⋅⋅+=.注:利用无穷小数列求数列极限通常在高等数学和数学分析教材中介绍甚少,但却是一种很实用有效的方法.用这种方法求某类数列的极限是极为方便的. 13.利用无穷小的等价代换求某些函数列的极限定理:设函数()f x 、()g x 在0x =的某个领域有意义,()0g x >,0()lim 1()x f x g x →=,且当n →∞时,0mn a →(1, 2, 3, )m =⋅⋅⋅,11lim ()lim ()nnmn mn n n m m f a g a →∞→∞===∑∑,则在右端极限存在时成立.例20.求极限1lim 1)nn i →∞=∑.解:令()1f x =-,1()3g x x =,当0x →1x ~,由定理1,得:2111111lim 1)lim 3326nnn n i i i n→∞→∞===⋅=⋅=∑∑. 例21.求:2231lim (1)nn i i a n →∞=+∏,(a 为非零常数). 解:原式2331exp lim ln(1)nn i i a n →∞=⎛⎫=+ ⎪⎝⎭∑;令()ln(1)f x x =+,当0x →时,ln(1)x x +~, 由定理1,得:22333311lim ln(1)lim nnn n i i i i a a n n→∞→∞==+=∑∑223(1)(21)1lim 63n n n n a a n →∞++==;∴2231lim (1)nn i i a n →∞=+=∏21exp()3a . 注:我们知道,当0x →时,函数sin , tan , arcsin , arctan , 1, ln(1)x x x x x e x -+都x 与等价,倘若熟悉这些等价函数,观察它们与本文定理中的()f x 的关系,把求某些函数列极限问题转化为求熟知的数列极限问题,这样就会起到事半功倍的效果. 14.利用压缩映射原理求数列极限定义1:设()f x 在[, ]a b 上有定义,方程()f x x =在[, ]a b 上的解称为()f x 在[, ]a b 上的不动点. 定义2:若存在一个常数k ,且01k ≤<,使得[, ]x y a b ∀∈、有()()f x f y k x y -≤-,则称()f x 是[, ]a b 上的一个压缩映射.压缩映射原理:设称()f x 是[, ]a b 上的一个压缩映射且0x ∈[, ]a b ,1()n n x f x +=,对n N ∀∈,有[, ]n x a b ∈,则称()f x 在[, ]a b 上存在唯一的不动点c ,且lim nn x c →∞=. 例22.设12ax =,212n n a x x ++=(01)a <<,1, 2, n =⋅⋅⋅,求lim nn x →∞. 解:考察函数2()22a x f x =+,1[0,2ax +∈, 易见对1[0, ]2a x +∀∈,有:21()2n n n a x x f x ++==,11[0, 22a a x +=∈,1()12af x x +'=≤<; 所以,()f x 是压缩的,由压缩映射原理,数列{}n x 收敛.设lim nn x c →∞=,则c 是222a x x =+在1[0, ]2a +的解,解得1c =,即lim 1n n x →∞=例23.证明:数列n x =(n 个根式,14a >,1, 2, n =⋅⋅⋅)极限存在,并求lim nn x →∞.解:易知:n x =,考察函数:()f x =,[0, )x ∈+∞且在[0, )+∞上有:1f '<,因此,()f x 在[0, )+∞上是压缩的;1[0, )x =+∞,1()n n x f x +=,由压缩映射原理,数列{}n x 收敛且极限为方程:()x f x ==的解,解得:lim n n x →∞=本题也可通过方法三(单调有界定理)解得,此处略.注:压缩映射原理在实分析中有着十分广泛的应用,如用它可十分简单的证明稳函数存在定理、微分方程解的存在性定理,特别的在求一些数列极限中有着十分重要的作用,往往可以使数列极限问题得到简便快速的解决.15.利用矩阵求解一类数列的极限(1)若数列的递推公式形如:12n n n x px qx --=+且已知01x x 、,其中p q 、为常数且0p ≠,0q ≠,2, 3, n =⋅⋅⋅;解:可将递推公式写成矩阵形式,则有1111201010n n n n n x x x p q p q x x x ----⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫==⋅⋅⋅= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭,2, 3, n =⋅⋅⋅,从而可利用线性代数知识求出n x 的表达式,并进一步求出lim nn x →∞.(2)若数列的递推公式形如:11n n n ax bx cx d--+=+且已知0x ,其中0c ≠且ad bc ≠,1, 2, n =⋅⋅⋅,解法1:令211n n n y cx d y ---+=,则1121()n n n y x d c y ---=-,11()n n n yx d c y -=-, 从而有:121211()(())n n n n n n y yy a d d b c y c y y ------=-+⋅,整理得:12()()n n n y a d y bc ad y --=++-,再由(1)可以求解. 解法2:设与关系式010ax b x cx d +=+对应的矩阵为a b A c b ⎛⎫= ⎪⎝⎭,由关系式11n nn ax b x cx d --+=+; 逐次递推,有00n nn n n a x b x c x d +=+,其对应的矩阵为nn n n a b B c d ⎛⎫= ⎪⎝⎭, 利用数学归纳法易证得n B A =,通过计算n A 可求出n x 的表达式,并进一步求出lim nn x →∞. 例24.证明:满足递推公式11(1)n n n x x x αα+-=+-(01)α<<的任何实数序列{}n x 有一个极限,并求出以α、0x 及1x 表示的极限.解:由已知可得:111111200111010n n n n n n x x x x A x x x x αααα-------⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭,(110A αα-⎛⎫=⎪⎝⎭); 矩阵A 的特征值121, 1λλα==-,对应的特征向量分别为:''12(1, 1), (1, 1)ξξα==-;令1211(, )11P αξξ-⎛⎫== ⎪⎝⎭,则11001P AP α-⎛⎫= ⎪-⎝⎭,从而有:()()11111111111111120101n n n AP P ααααα----⎛⎫⎛⎫--⎛⎫⎛⎫==⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪----⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭()()()()111111121111n nn n ααααααα--⎛⎫---+- ⎪= ⎪----+-⎝⎭; 于是,101(1(1))(1(1))2n n n x x x αααα=--+-+-⎡⎤⎣⎦-. 因为11α-<,所以lim(1)0nn α→∞-=,从而[]011lim (1)2n n x x x αα→∞=-+-. 例25.已知斐波那契数列定义为:1101 (1, 2, 1)n n n F F F n F F +-=+=⋅⋅⋅==;;若令1n n n F x F +=,01x =且111n n x x -=+,(1, 2, )n =⋅⋅⋅,证明极限lim nn x →∞存在并求此极限. 解:显然1011x x =+,相应矩阵0111A ⎛⎫= ⎪⎝⎭的特征值12 λλ==,对应的特征向量分别为:''12 1), 1)ξξ==;令()21121211, 111111P λλλλξξ⎛⎫--⎛⎫ ⎪==== ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭⎝⎭,11211P λλ-⎫=⎪--⎭; 则有:11200P AP λλ-⎛⎫= ⎪⎝⎭;于是11112121112121200nn n n n nn n n n n A P P λλλλλλλλλλ---++--⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭;从而,()111212111212, 1, 2, n n n nn nn n n x n λλλλλλλλ--++-+-==⋅⋅⋅-+-, 由于211λλ<,上式右端分子、分母同时除以1n λ, 再令n →∞,则有:1lim limn n n n n F x F →∞→∞+==. 注:求由常系数线性递推公式所确定的数列的极限有很多种方法,矩阵解法只是其一,但与之相关的论述很少,但却简单实用.。
求极限的12种方法总结及例题

求极限的12种方法总结及例题求极限的12种方法总结及例题1. 引言在数学学习中,求极限是一个重要的概念,也是许多数学题解的基础。
在学习求极限的过程中,有许多不同的方法可以帮助我们理解和解决问题。
本文将总结12种方法,帮助我们更全面地理解求极限的概念,并提供相应的例题进行演示。
2. 利用极限的定义我们可以利用极限的定义来求解问题。
根据定义,当x趋向于a时,函数f(x)的极限为L,即对于任意的正数ε,总存在正数δ,使得当0<|x-a|<δ时,有|f(x)-L|<ε。
利用这个定义,可以求得一些简单的极限,如lim(x→0) sinx/x=1。
3. 利用夹逼准则夹逼准则是求极限常用的方法之一。
当我们无法直接求出某个函数的极限时,可以利用夹逼准则来找到该函数的极限值。
要求lim(x→0) xsin(1/x)的极限,可以通过夹逼准则来解决。
4. 利用极限的四则运算极限的四则运算法则是求解复杂函数极限的基本方法之一。
利用这个法则,我们可以将复杂的函数分解成简单的部分,再进行求解。
要求lim(x→0) (3x^2+2x-1)/(x+1),可以利用极限的四则运算法则来求解。
5. 利用洛必达法则当我们遇到不定型的极限时,可以利用洛必达法则来求解。
洛必达法则可以帮助我们求出不定型极限的值,例如0/0、∞/∞、0*∞等形式。
通过洛必达法则,我们可以将求解不定型极限的过程转化为求解导数的问题,从而得到极限的值。
6. 利用泰勒展开泰勒展开是求解复杂函数极限的有效方法之一。
当我们遇到无法直接求解的函数极限时,可以利用泰勒展开将其转化为无穷级数的形式,然后再进行求解。
通过泰勒展开,我们可以将复杂函数近似为一个多项式,从而求得函数的极限值。
7. 利用换元法换元法是求解复杂函数极限的常用方法之一。
通过适当的变量替换,可以将复杂的函数转化为简单的形式,然后再进行求解。
对于lim(x→∞) (1+1/x)^x,可以通过换元法将其转化为e的极限形式来求解。
数列极限的求法及应用摘要

数列极限的求法及应用摘要数列极限是高等数学中的重要概念,它是描述数列中元素趋向的一个性质。
数列极限的求法主要有一般法、夹逼法和单调有界数列的收敛性质等方法。
数列极限的应用非常广泛,包括在微积分、实分析、概率论等数学领域,以及在物理、工程、经济等应用科学中都有重要应用。
一般法是求解数列极限的一种常用方法。
根据极限的定义,对于给定的数列{an},如果存在一个常数L,对于任意给定的ε(ε>0),都存在一个正整数N,当n>N 时,有an-L <ε成立,则称L是数列{an}的极限。
在使用一般法求解数列极限时,常常使用一些常见的极限性质,例如有理数列、等差数列、等比数列等常见数列的极限都可以利用极限性质进行求解。
通过一般法求解数列极限时需要观察数列的性质,利用已知的极限性质进行计算,是一种常见的求解方法。
夹逼法也是一种常用的求解数列极限的方法。
夹逼法是利用已知的两个数列的极限来求解目标数列的极限。
假设数列{an}总是位于两个已知的数列{bn}和{cn}之间,且{bn}和{cn}的极限都为L,那么当数列{an}的极限存在时,其极限也必然为L。
通过夹逼法求解数列极限时,通常需要找到一个适当的数列{bn}和{cn},使得数列{an}恒大于等于{bn}且恒小于等于{cn},从而可以利用已知的{bn}和{cn}的极限性质来求解目标数列{an}的极限。
另外,对于单调有界的数列,存在一个重要的性质——单调有界数列的极限存在。
具体来说,如果数列{an}是单调递增或者单调递减的,并且数列{an}有界,那么数列{an}的极限一定存在。
这是因为单调有界数列具有单调性和有界性,使得数列的极限一定存在,并且可以通过已知的单调性和有界性求解出极限的值。
数列极限的应用非常广泛,其中包括微积分、实分析、概率论等数学领域。
在微积分中,数列极限是无穷级数收敛性的基础,通过研究数列极限的性质可以进一步推导出级数的收敛性。
同时,数列极限还可以用于研究函数的收敛性,例如利用数列极限可以证明函数在某一点的极限存在,从而进一步展开对函数极限的研究。
求数列极限的方法总结

求数列极限的方法总结数列极限是数学中一个重要的概念,它在微积分、实分析等领域有着广泛的应用。
在数学学习的过程中,我们经常会遇到需要求解数列极限的问题,因此掌握求数列极限的方法是非常重要的。
本文将对求数列极限的方法进行总结,希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一内容。
首先,我们来介绍一下数列极限的定义。
对于一个数列${a_n}$,当$n$趋于无穷大时,如果数列的项$a_n$无限接近于某个常数$A$,那么我们就说数列${a_n}$的极限为$A$,记作$\lim_{n \to \infty} a_n = A$。
换句话说,数列的极限就是数列中的项随着$n$的增大而逐渐趋近于一个确定的值。
接下来,我们将总结求数列极限的方法。
在实际运用中,我们常用以下几种方法来求解数列的极限:1. 数学归纳法,对于一些简单的数列,我们可以通过数学归纳法来证明其极限。
通过观察数列的前几项,然后假设数列的第$k$项成立,再利用数学归纳法证明数列的第$k+1$项也成立,从而得出数列的极限。
2. 利用常用极限公式,对于一些常见的数列,我们可以利用已知的极限公式来求解。
例如,当数列为等比数列、等差数列或者幂函数数列时,我们可以利用这些数列的通项公式,然后利用常用的极限公式来求解。
3. 利用夹逼定理,夹逼定理是求解数列极限中常用的方法之一。
当我们无法直接求解数列的极限时,可以尝试构造一个夹逼数列,通过夹逼定理来求解原数列的极限。
4. 利用递推关系式,对于一些递推关系式定义的数列,我们可以通过递推关系式来求解数列的极限。
通过不断迭代递推关系式,我们可以逐步逼近数列的极限值。
5. 利用数列的特性,有些数列具有特殊的性质,例如单调性、有界性等,我们可以利用这些特性来求解数列的极限。
通过分析数列的特性,我们可以更好地理解数列的极限性质。
总的来说,求数列极限的方法有很多种,我们需要根据具体的数列特点来选择合适的方法。
在实际应用中,我们还需要不断练习,加强对数列极限的理解和掌握,才能更好地运用这些方法来解决实际问题。
求数列极限的方法总结及例题

求数列极限的方法总结及例题以《求数列极限的方法总结及例题》为标题,写一篇3000字的中文文章一、什么是数列极限数列极限是数学中非常重要的概念,它是指当数列中的每一项都确定时,其值是无限值,而它表示的数字则不会变化。
数列极限是描述数字趋势的一种抽象思想,它可以帮助我们理解许多数学问题。
然而,要求出数列极限的思路并不是十分简单,需要我们熟悉一些基本的数学知识和求极限的方法来推导出最终的结果。
二、常用的求极限的方法1.t极限定义法。
在求极限的过程中,极限定义法是最基本也是最强有力的一种方法,它可以使用限定条件将极限运算表达式化简,这样最终可以得出一个易于理解的极限表达式。
2.t化为无穷积分法。
将极限表达式进行拆分变形,将复杂的极限表达式化为无穷积分的形式,利用积分的性质来求解极限。
3.t求解解微分方程求解极限。
这种求极限的方法由求解解微分方程的极限问题引出,其本质是求解极限问题时将表达式进行拆分化简,将复杂的极限表达式化为微分方程来求解极限。
4.t比较定理。
具有相同极限值的函数可以用比较定理来求极限,其本质是利用比较定理来求出未知项的极限值。
三、例题例1:已知数列{an}为正数序列,且满足liman= 0,求lim(1/an)解:用极限定义法求解,lim(1/an)=lim(1/liman)=1/0,根据定义,1/0不存在,即数列的极限不存在。
例2:已知数列{an}为正数序列,求lim(1/an+1/bn)解:用比较定理求解,lim(1/an+1/bn)=lim(1/an)+lim(1/bn)根据定义, lim(1/an)=lim(1/bn)=0,所以lim(1/an+1/bn)=0+0=0。
四、总结从上面的分析中可以发现,要求数列极限的法子有很多,只需要熟悉基本思路,就可以把数列极限问题解决出来。
其中极限定义法是最基本也是最强有力的一种方法,它可以将极限运算表达式简化;而化为无穷积分法可以将复杂的极限表达式化为无穷积分的形式;求解解微分方程求解极限方法则是求解极限问题时将表达式进行拆分;比较定理则是利用比较定理来求出未知项的极限值。
求数列极限的若干方法

求数列极限的若干方法求数列极限方法如下:1、用夹逼准则求解数列极限夹逼定理是数列极限中非常重要的一种方法, 也是容易出综合题的点, 夹逼定理的核心就是如何对数列进行合理的放缩, 这个点也是夹逼定理使用过程中的难点。
适用情形:夹逼定理一般使用在 n 项和式极限中, 函数不易于连续化。
夹逼定理的适用情形和用定积分的定义十分相似,需要注意区分,它们的区别是夹逼定理适用的情形是一个分子分母齐次的形式。
放缩基本公式:2.、用单调有界准则求极限定理: 单调有界数列必有极限.具体来说,若数列 {xn} 单调增加(减少)且有上(下) 界M(m) , 则 limn→∞xn 存在,且 limn→∞xn⩽M (或 limn→∞xn⩾m ). 定理同样适用于函数.这个定理是证明数列(或函数) 极限存在的唯一依据, 一般分为两个步骤, 第一步证明单调性, 第二步证明有界。
3、用数列定义求解数列极限主要运用数列的ε−N 定义: 对∀ε>0,∃N>0 , 使得当 n>N 时, 有 |an−a|<ε , 则称数列 {an} 收敛, 定数a 称为 {an} 的极限。
从定义上来看,我们的ε是可以任意小的正数, 那ε/2,3ε也可以任意小, 这一点大家要明确。
其次, 我们的 N 具有相应性, 一般地, N 随着ε的变小而增大, 也就是 N 依赖于ε0从几何意义上来讲, 当我的 n 逐渐趋近于无穷时, 我的数列总围绕着 a 在波动, 也就是对∀ε>0, 在我们的 U(a;ε) 领域内有无穷个数。
这样就得到了一个关于数列极限的一个等价定义: 对∀ε>0 , 若在 U(a;ε) 之外数列 an 至多有有限项,那么数列 an 必定收敛于 a 。
数列的极限与等比数列的求和公式的应用

数列的极限与等比数列的求和公式的应用在数学中,数列是由一系列按照特定规律排列的数所组成的序列。
数列的极限是数列理论中的一个重要概念,而等比数列的求和公式也是数列运算中常见的应用。
一、数列的极限数列的极限即数列中的数随着项数增加无限接近某个确定的值,称为数列的极限。
数列的极限可以有有限极限和无限极限两种情况。
1. 有限极限若数列{an}满足当n趋于无穷大时,数列的值an趋于有限值a,则称数列{an}趋于有限极限。
记作lim (n→∞) an = a。
2. 无限极限若数列{an}满足在数轴上不断向正无穷或负无穷延伸,则称数列{an}趋于无限极限。
记作lim (n→∞) an = ±∞。
数列的极限可以根据其数值规律来判断。
例如,在等差数列中,随着项数增加,公差不为零的等差数列的极限为无穷大或者无穷小,而公差为零的等差数列的极限为数列首项的值。
二、等比数列的求和公式的应用等比数列是数列中的一种常见形式,它的每一项与前一项之比等于一个常数q,称为公比。
1. 等比数列的求和公式等比数列的求和公式是一种用于计算等比数列所有项和的公式。
对于公比不等于1的等比数列{an},其求和公式为Sn = a1/(1-q),其中a1为首项,q为公比,Sn为数列的前n项和。
2. 应用举例假设有一个等比数列{2, 4, 8, 16, 32, ...},公比q为2,我们可以利用等比数列的求和公式计算前n项的和。
当n为5时,即求前5项的和,代入公式得S5 = 2/(1-2) = -2。
当n为10时,即求前10项的和,代入公式得S10 = 2/(1-2^10) = 2046。
等比数列的求和公式在数学问题中经常被用到,例如在金融领域中,我们可以利用等比数列的求和公式来计算投资理财产品的收益情况,评估投资回报率等。
总结:数列的极限与等比数列的求和公式是数列理论中重要的概念和应用。
数列的极限可以帮助我们理解数列的性质和趋势,而等比数列的求和公式则广泛应用于数学、金融等领域,帮助我们计算数列的和以及解决实际问题。
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数列极限的求法及其应用内容提要数列极限可用Nε-语言和A N-语言进行准确定义,本文主要讲述数列极限的不同求法,例如:极限定义求法、极限运算法则法、夹逼准则求法、单调有界定理求法、函数极限法、定积分定义法、Stoltz 公式法、几何算术平均收敛公式法、级数法、收缩法等等.我们还会发现同一数列极限可用不同方法来求.最后我们还简要介绍了数列极限在现实生活中的应用,如几何中推算圆面积,求方程的数值解,研究市场经营的稳定性及购房按揭贷款分期偿还问题.通过这些应用使我们对数列极限有一个更系统立体的了解.关键词ε-定义;夹逼准则;Stoltz公式;函数极限NOn the Solutions and the Applications as to the Sequence LimitAbstractThe limit of a sequence can be accurately defined by Nε-language and A N-language. This paper mainly describes different solutions to finding sequence limit, for example, definition of sequence limit method, fundamental operations of sequence limit method, squeezing law method, the monotone convergence theorem method, function limits method, definite integrals definition method, Stoltz formula method, geomeric and arithmetic convergence formula method, series method, contraction method, etc. We'll also find that different methods can be used to solve the same limit.Finally, we also briefly introduce the applications of sequence limit in real life, such as, infering the area of a circle in geometry, finding the numerial solution of equations, studying the stability of the market operation and the amortization problems of purchase mortgage loans.Key Wordsε-definition; Squeezing law; Stoltz formula; Function limits N目录第一章数列极限的概念 (1)1.1 数列极限的定义及分类 (1)1.2 数列极限求法的常用定理 (2)第二章数列极限的求法 (4)2.1 极限定义求法 (4)2.2 极限运算法则法 (6)2.3 夹逼准则求法 (7)2.4 单调有界定理求法 (8)2.5 函数极限法 (9)2.6 定积分定义法 (10)2.7 Stoltz公式法 (11)2.8 几何算术平均收敛公式法 (12)2.9 级数法 (13)2.10 其它方法 (15)第三章数列极限在现实生活中的应用 (17)3.1 几何应用-计算面积 (17)3.2 求方程的数值解 (18)3.3 市场经营中的稳定性问题 (19)3.3.1 零增长模型 (19)3.3.2 不变增长模型 (20)3.4 购房按揭贷款分期偿还 (21)第四章结论 (23)致谢 (24)参考文献 (24)数列极限的求法及其应用学号:071106132 作者:杨少鲜 指导老师:董建伟 职称:讲师第一章 数列极限的概念在研究数列极限解法之前,首先我们要清楚数列极限的定义.这是对数列极限做进一步深入研究的先决基础. 1.1 数列极限的定义及分类数列极限概念是由于求某些实际问题的精确解答而产生的.如,我国古代数学家刘徽(公元3世纪)利用圆内接正多边形来推算圆面积的方法—割圆术.因一系列圆内接正多边形的面积n A 在n 无限增大(n →∞)时,内接正多边形无限接近于圆,同时n A 也无限接近于某一确定的数,此时这一数值可精确表达圆的面积.在解决类似的实际问题中逐步的引出了数列极限.针对不同的数列极限我们对其定义将会有细微的不同,下面主要介绍两种定义:N ε-定义,A N -定义.定义1(N ε-语言):设{}n a 是个数列,a 是一个常数,若0ε∀>,∃正整数N ,使得当n N >时,都有n a a ε-<,则称a 是数列{}n a 当n 无限增大时的极限,或称{}n a 收敛于a ,记作lim n n a a →+∞=,或()n a a n →→+∞.这时,也称{}n a 的极限存在.定义2(A N -语言):若0A >,∃正整数N ,使得当n N >时,都有n a A >,则称+∞是数列{}n a 当n 无限增大时的非正常极限,或称{}n a 发散于+∞,记作lim n n a →+∞=+∞或()n a n →+∞→+∞,这时,称{}n a 有非正常极限.对于,-∞∞的定义类似,就不作介绍了.为了后面数列极限的解法做铺垫,我们先介绍一些常用定理. 1.2 数列极限求法的常用定理定理1.2.1(数列极限的四则运算法则) 若{}n a 和{}n b 为收敛数列,则{}{}{},,n n n n n n a b a b a b +-⋅也都是收敛数列,且有 ()()lim lim lim ,lim lim lim .n n n n n n n n n n nn n n a b a b a b a b →∞→∞→∞→∞→∞→∞±=±⋅=⋅若再假设0n b ≠及lim 0n n b →∞≠,则n n a b ⎧⎫⎨⎬⎩⎭也是收敛数列,且有 lim lim /lim n n n n n n n a a b b →∞→∞→∞⎛⎫= ⎪⎝⎭. 定理1.2.2(单调有界定理) 在实数系中,有界的单调数列必有极限.定理1.2.3(∞Stoltz 公式) 设有数列{}n x ,{}n y ,其中{}n x 严格增,且lim n n x →+∞=+∞(注意:不必lim n n y →+∞=+∞).如果11lim n n n n n y y a x x -→+∞--=-(实数,,+∞-∞),则 11lim lim .n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==- 定理1.2.3'(00Stoltz 公式) 设{}n x 严格减,且lim 0n n x →+∞=,lim 0n n y →+∞=.若11lim n n n n n y y a x x -→+∞--=-(实数,,+∞-∞),则11limlim n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==-.定理1.2.4(几何算术平均收敛公式) 设lim n n a a →∞=,则 (1)12 (i)nn a a a a n→∞+++=, (2)若()01,2,...n a n >=,则n a =. 定理1.2.5(夹逼准则)设收敛数列{}{},n n a b 都以a 为极限,数列{}n c 满足:存在正数0N ,当0n N >时,有 n n n a c b ≤≤,则数列{}n c 收敛,且limn n c a →∞=. 定理1.2.6(归结原则)设f 在()0;U x δ'内有定义.()0lim x xf x →存在的充要条件是:对任何含于()0;U x δ'且以0x 为极限的数列{}n x ,极限()lim n n f x →∞都存在且相等.第二章 数列极限的求法2.1 极限定义求法在用数列极限定义法求时,关键是找到正数N .我们前面一节的定理1.2.4(几何算术平均收敛公式)的证明就可用数列极限来证明,我们来看几个例子.例2.1.1 求n ,其中0a >. 解:1n =. 事实上,当1a =时,结论显然成立.现设1a >.记11na α=-,则0α>. 由 ()11111nn a n n a αα⎛⎫=+≥+=+- ⎪⎝⎭,得 111na a n--≤. (5) 任给0ε>,由(5)式可见,当1a n N ε->=时,就有11n a ε-<.即11na ε-<.所以1n =.对于01a <<的情况,因11a >,由上述结论知1n =,故 111n n ===. 综合得0a >时,1n =. 例2.1.2 定理1.2.4(1)式证明.证明:由lim n n a a →∞=,则0ε∀>,存在10N >,使当1n N >时,有 /2n a a ε-<,则()111211 (1)......n N N n a a a a a a a a a a a a n n++++-≤-++-+-++-. 令11...N c a a a a =-++-,那么121 (2)n a a a n N c a n n n ε+++--≤+⋅. 由lim0n cn→∞=,知存在20N >,使当2n N >时,有2c nε<. 再令{}12max ,N N N =,故当n N >时,由上述不等式知121 (2222)n a a a n N a n n εεεεε+++--≤+⋅<+=. 所以 12...lim nn a a a a n→∞+++=. 例 2.1.3 求7lim !nn n →∞.解:7lim 0!nn n →∞=. 事实上,7777777777771......!127817!6!n n n n n n=⋅⋅⋅≤⋅=⋅-. 即77710!6!n n n-≤⋅. 对0ε∀>,存在7716!N ε⎡⎤=⋅⎢⎥⎣⎦,则当n N >时,便有77710!6!n n nε-≤⋅<,所以7lim 0!n n n →∞=. 注:上述例题中的7可用c 替换,即()lim 00!nn c c n →∞=>.2.2 极限运算法则法我们知道如果每次求极限都用定义法的话,计算量会太大.若已知某些极限的大小,用定理1.2.1就可以简化数列极限的求法.例2.2.1 求11101110...lim ...m m m m k k n k k a n a n a n a b n b n b n b ---→∞-++++++++,其中00m k m k a b ≤≠≠,,.解:分子分母同乘k n -,所求极限式化为1111011110...lim ...m k m k k km m k kn k k a n a n a n a n b b n b n b n ---------→∞-++++++++.由()lim 00n n αα-→∞=>,知, 当m k =时,所求极限等于mma b ;当m k <时,由于()00m k n n -→→,故此时所求极限等于0.综上所述,得到11101110,...lim ....0,mmm m m m k k n k k a k ma n a n a n ab b n b n b n b k m---→∞-⎧=++++⎪=⎨++++⎪>⎩例2.2.2 求lim 1n n n a a →∞+,其中1a ≠-. 解: 若1a =,则显然有1lim 12n n n a a →∞=+; 若1a <,则由lim0n n a →∞=得 ()lim lim /lim 101nn n n n n n a a a a →∞→∞→∞=+=+; 若1a >,则11lim lim 111101n n n n n a a a→∞→∞===+++.2.3 夹逼准则求法定理1.2.5又称迫敛性,它不仅给出了判定数列收敛的一种方法,而且也提供了一个求极限的工具. 例2.3.1 求极限()()1321lim242n n n →∞⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅.解:因为21n n =>=-= 所以()()13210242n n ⋅⋅⋅⋅-<<=⋅⋅⋅⋅. 因 limn =,再由迫敛性知 ()()1321lim0242n n n →∞⋅⋅⋅⋅-=⋅⋅⋅⋅.例2.3.2 求数列的极限.解: 记1n n a h ==+,这里()01n h n >>,则 ()()2112n nn n n n h h -=+>,由上式得 )01n h n <<>,从而有111n n a h ≤=+≤ , (2)数列1⎧⎪⎨⎪⎩是收敛于1的,因对任给的0ε>,取221N ε=+,则当n N >时有11ε+<.于是,不等式(2)的左右两边的极限皆为1,故由迫敛性得1n=.例2.3.3设1a>及*k N∈,求limknnna→∞.解:lim0knnna→∞=.事实上,先令1k=,把a写作1η+,其中0η>.我们有()()()2221111...2nnn n nn na nnηηηη<==<--++++.由于()()22lim021nnnη→∞=≥-,可见nna⎧⎫⎨⎬⎩⎭是无穷小.据等式()1/kknn kn na a⎛⎫⎪=⎪⎝⎭,注意到1/1ka>,由方才所述的结果()1/n kna⎧⎫⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎩⎭是无穷小.最后的等式表明,knna⎧⎫⎨⎬⎩⎭可表为有限个(k个)无穷小的乘积,所以也是无穷小,即lim0knnna→∞=.2.4 单调有界定理求法有的时候我们需要先判断一个数列是否收敛,再求其极限,此时该方法将会对我们有很大帮助,我们来看几个例子.例2.4.1求例2.1.3注解中的()lim00!nnccn→∞=>.解:()lim00!nnccn→∞=>.事实上,令*!nn c x n N n =∈,.当n c ≥时,()11n nn cx x x n +=≤+. 因此{}n x 从某一项开始是递减的数列,并且显然有下界0.因此,由单调有界原理知极限lim n n x x →∞=存在,在等式()11n ncx x n +=+的等号两边令n →∞,得到00x x =⋅=,所以{}n x 为无穷小.从而()lim 00!nn c c n →∞=>.例2.4.2 求极限n n 个根号).解:设1n a =>,又由13a =<,设3n a <,则13n a +=<=. 因1n n a a +=>,故{}n a 单调递增. 综上知{}n a 单增有上界,所以{}n a 收敛. 令lim 13n n a a a →∞=≤≤,,由1n a += 对两边求极限得a =3a =.2.5 函数极限法有些数列极限可先转化为函数极限求可能很方便,再利用归结原则即可求出数列极限.例2.5.1 用函数极限法求例2.1.1,即求n 解:先求x 因ln ln lim1/0lim lim 1x aa xxx x x x a e ee →∞→∞→∞=====,再由归结原则知1n =.例2.5.2 用函数极限求例2.3.2,即求n 解:先求x .因ln ln lim0lim 1x xx xx x x e ee →∞→∞====,再由归结原则知1n =. 例2.5.3 用函数极限求例2.3.3,即设1a >及*k N ∈,求lim k n n na→∞.解:先求lim kx x x a→∞.因()1!lim lim .....lim 0ln ln k k k x x xx x x x kx k a a a a a -→∞→∞→∞====(由洛比达法则),再由归结原则知lim 0knn n a →∞=. 2.6 定积分定义法通项中含有!n 的数列极限,由于!n 的特殊性,直接求非常困难,若转化成定积分来求就相对容易多了. 例2.6.1求n →∞解:令y =11ln ln n i iy n n==∑.而()++1100011lim ln lim ln ln lim ln lim 1ln 1n n n i iy xdx xdx n n εεεεεε→∞→∞→→=====---=-⎡⎤⎣⎦∑⎰⎰, 也即ln lim 1n y →∞=-,所以1lim n n y e -→∞→∞==. 例2.6.2 求极限2sin sin sin lim ...1112n n n n n n n πππ→∞⎛⎫ ⎪+++ ⎪+ ⎪++⎝⎭. 解:因为22sinsin...sin sin sin sin ...11112nn n n n n n n nππππππ+++<+++++++2sinsin...sin 1nn n nπππ+++<+ , 2sin sin...sin 12limlim sin sin ...sin 1112lim sin sin ...sin n n n n nn n n n n n n n n πππππππππππππ→∞→∞→∞+++⎡⎤⎛⎫=⋅⋅+++ ⎪⎢⎥++⎝⎭⎣⎦⎡⎤⎛⎫=+++ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦12sin xdx πππ==⎰,类似地2sinsin...sin lim 1n nn n nπππ→∞++++ 22122lim sin sin ...sin 1n n n n n n ππππππ→∞⎡⎤⎛⎫=⋅⋅+++= ⎪⎢⎥+⎝⎭⎣⎦, 由夹逼准则知2sin sin sin 2lim ...1112n n n n n n n ππππ→∞⎛⎫⎪+++= ⎪+ ⎪++⎝⎭ . 注:在此式的求解中用到了放缩法和迫敛性. 2.7 Stoltz 公式法 Stoltz 公式,11limlim .n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==-在求某些极限时非常方便,尤其是当1nn k k y a ==∑时特别有效.例2.7.1 同例2.1.2,定理1.2.4(1)式证明. 证明:前面用N ε-定义法证明,现用Stoltz 公式证明.令12...,n n n y a a a x n =+++=,则由Stoltz 公式得到()()()1212121 (i)......lim 1n n n n n a a a na a a a a a n n →∞-→∞++++++-+++=--lim lim 1nn n n a a a →∞→∞===. 例2.7.2 求112...lim k k kk n n n +→+∞+++. 解: ()11112...lim lim 1k k k kk k k n n n n n n n +++→+∞→+∞+++=-- (Stoltz 公式) =()112111lim ...1kk k k n k k n C n C n+-→+∞++-+-- (二项式定理)=11111k C k +=+. 2.8 几何算术平均收敛公式法上面我们用Stoltz 公式已得出定理1.2.4,下面我们通过例子会发*n,类型的数列极限可以用此方法来简化其求法.例2.8.1 同例2.1.1一样求n 其中0a >. 解:令123,...1n a a a a a =====,由定理1.2.4(2)知lim 1n n n a →∞==. 例2.8.2 同例2.3.2一样求n 解:令()112,3, (1)n na a n n ===-,,由定理1.2.4(2)知lim lim 11n n n n n a n →∞→∞===-. 例2.8.3 同例2.6.1相似求n .解:令()111nnn nnan n+⎛⎫=+=⎪⎝⎭,则()12312231234123nn nna a an+⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=()()11!!n nnnn nnn n n++=⋅.所以1nn+=,1nn=+,而由定理1.2.4(2)知1lim lim1nnn n na en→∞→∞⎛⎫==+=⎪⎝⎭.故lim11n n nn ne en n→∞==⋅=++.例2.8.3求n→∞.解:令()1,2,3...na n==,则由定理1.2.4(1)知1...lim lim lim1nn n nan→∞→∞→∞++===.2.9 级数法若一个级数收敛,其通项趋于0(0n→),我们可以应用级数的一些性质来求数列极限,我们来看两个实例来领会其数学思想.例2.9.1用级数法求例2.1.3注()lim0!nnccn→∞>.解:考虑级数!nc n ∑,由正项级数的比式判别法,因()1lim /lim 011!!1n n n n c c cn n n +→∞→∞==<++, 故级数!nc n ∑收敛,从而()lim 00!n n c c n →∞=>. 例2.9.2 用级数法求例2.3.3,即设1a >及*k N ∈,求lim kn n n a→∞.解:考虑正项级数kn n a∑,由正项级数的比式判别法,因()11111lim/lim 1kkk n n n n n n n a a a n a+→∞→∞++⎛⎫=⋅=< ⎪⎝⎭, 故正项级数kn n a∑收敛,所以lim 0k n n n a →∞=. 例2.9.3 求极限()()222111lim ...12n n n n →∞⎡⎤+++⎢⎥+⎢⎥⎣⎦. 解: 因级数211n n ∞=∑收敛,由级数收敛的柯西准则知,对0ε∀>,存在0N >, 使得当n N >时,21221111nn k k k kε-==-<∑∑,此即()()222111...12n n n ε+++<+, 所以()()222111lim ...012n n n n →∞⎡⎤+++=⎢⎥+⎢⎥⎣⎦. 例2.9.4 求极限()212lim ...1n n n a aa a →∞⎛⎫+++> ⎪⎝⎭.解:令1x a=,所以1x <.考虑级数1n n nx ∞=∑, 因为()111lim lim1n n n n n nn x ax a nx ++→∞→∞+==<,所以此级数收敛.令 ()1nn s x nx ∞==∑,则()11n n s x x nx∞-==⋅∑.再令()11n n f x nx ∞-==∑,()1111xxn n n n xf t dt ntdt x x∞∞-=====-∑∑⎰⎰. 所以()()2111x f x x x '⎛⎫== ⎪-⎝⎭-. 而 ()()()()122111xa s x x f x x a --=⋅==--,所以()()122112lim ...1n n n a s x a a a a -→∞-⎛⎫+++== ⎪⎝⎭-. 2.10 其它方法除去上述求数列极限的方法外,针对不同的题型可能还有不同的方法,我们可以再看几个例子. 例2.10.1求(2limsin n →∞.解:对于这个数列极限可用三角函数的周期性.(()22limsin limsin n n n π→∞→∞==22lim sin lim sin n n →∞→∞==2sin 12π=.例2.10.2 设21101222nn a c c c a a +<<==+,,,证明:{}n a 收敛,并求其极限.解:对于这个极限可以先用中值定理来说明其收敛. 首先用数学归纳法可以证明 ()0,1,2...n a c n <<=. 事实上,102c a c <=<.假设01n a c <<<,则2210222222n n a c c c c ca c +<=+<+<+=.令()222c x f x =+,则()f x x '=.()()()111n n n n n n a a f a f a f a a ξ+--'-=-=⋅-=11n n n n a a c a a ξ--⋅-<-, (1)其中ξ介于n a 和1n a -之间.由于01c <<,再由(1)式知{}n a 为压缩数列,故收敛.设lim n n a l →∞=,则2c l c ≤≤. 由于2122nn a c a +=+,所以22,2022c l l l l c =+-+=.解得1l =+,1l =综上知lim1n n a →∞=注:对于这个题可也以采用单调有界原理证明其极限的存在性.第三章 数列极限在现实生活中的应用3.1 几何应用-计算面积在论文开始时,我们已经简要介绍了利用极限求圆的面积,现在我们再来介绍如何求抛物线2x y =与两直线0y =和1x =所围的面积.先将区间[]0,1等分为n 个小区间11210,,...,1n n n n n-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦,,,,以这些小区间为底边,分别以2221210...n n n n -⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,,,,为高,作n 个小矩形. 这n 个小矩形的面积之和是()223111111nnn i i i A i n n n ==-⎛⎫=⋅=⋅- ⎪⎝⎭∑∑ =()()12331121116n i n n n i n n -=--⋅=∑=1111323n n ⎛⎫-- ⎪⎝⎭. 这样我们就定义一个数列{}n A ,对每个n A 而言,它都小于欲求的“面积”,但是这两者之间的差别不会大于长为1,宽为1n的矩形面积,即1n,所以,当n 越来越大时,n A 将越来越接近于欲求的“面积”,因此,我们可以定义此面积为1lim 3n n A →∞=.这种定义面积并求面积的方法简单又朴素,它同时孕育出了数学分析的一个重要组成部分:积分学. 3.2 求方程的数值解.目前的问题是如何用有理数来逼近220x -=的正根,所以我们的问题可以说成是求方程的“数值解”.把问题提得更一般一些.设0a >似值.00x >,在两个正数00,ax x 中,一定有一个大0x有理由指望这两个数的算术平均值10012a x x x⎛⎫=+ ⎪⎝⎭.事实上((22100000011120222a x x x a x x x x x ⎛⎫=+=+-=≥ ⎪⎝⎭.这表明:不论初值0x 如何,得出的第一次近似值1x 是过剩近似值.不妨设初值0x本身就是过剩近似值,因此000x x >>.由此得出((0100011022x x x x x ≤=-≤-. 这个不等式告诉我们:第一次近似值1x0x到.重复施行上述的步骤,便产生数列01...,...n x x x ,,,,其中 *1112n n n a x x n N x--⎛⎫=+∈ ⎪⎝⎭,,由(((12021110 (222)n n n n x x x x --≤≤≤≤≤-,可见limn n x →∞=对于充分大的n ,数n x..取初值02x =(这是相当粗糙的近似值),反复迭代的结果是012345 2.0, 1.5, 1.41661.41425661.414213561.41421356x x x x x x ===⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅,,,,这已是相当精确的近似值. 3.3 市场经营中的稳定性问题投资者的交易行为是影响市场稳定性的重要因素,以股票为例,为尽量避免出现羊群行为,减少非理性投资,我们需要对股票的内在价值(即未来收入现金流的现值)有较清晰的认识,从而决定是该购买还是该售出,作出理性选择.现在我们来针对不同的模型确定股票相应的内在价值. 3.3.1 零增长模型假定股利增长率为0,因其内在价值如下()()()122112......1111t t t ti t t D D D D V i i i i ∞==++++=++++∑ . (1) (V -内在价值,D -股息(红利),i -贴现率), 现由假定知 1212......t n D D D D i i i i ========,,所以此时股票内在价值为()()()21......1+1+1+1+t tt D D D DV i i i i ∞==++++=∑ =1111lim111tt D i i D i i→∞⎛⎫⎛⎫- ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭=-+. (2) 知道股票的内在价值后,可求出其净现值()NPV ,即内在价值减去市场价格,也即:NVP V P =-.当0NVP >,该股票被低估,可买入;当0NVP <,被高估,不益购买. 例:某公司在未来无限期支付每股股利为8元,现价65元,必要收益率10%,评价该股票.解:利用(2)式结论可求得该股票的内在价值为: 880806515010%D V NVP V P i ====-=-=>,. 故该股票被低估,可以购买. 3.3.2 不变增长模型假定股利永远按不变增长率()g 增长,即 ()()101...1tt t D D g D g -=+==+,代入(1)式得此时内在价值为()()()()()0001111111111lim 11+1+11tttttt t t t D g g i i D g D g D D V gi g i gi i i∞∞→∞==⎛⎫++⎛⎫- ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭++⎝⎭=====+---+∑∑.(3)例:去年某公司支付每股股利1.80元.预计未来公司股票的股利按每年5%增长,假设必要收益率为11%,当每股股票价格为40元,评价该股票.解:利用(3)式的结论,由于()1 1.8015% 1.89D =⨯+=,可知股票内在价值 ()1.8015%31.5011%5%V ⨯+==-,故31.50400NVP V P =-=-<, 该股票被高估,建议出售. 3.4 购房按揭贷款分期偿还消费贷款的还款(即按揭)大多为年金方式,故存在一些年金计算问题.下面主要对购房分期付款的基本计算问题做一些简单分析.设P 表示总的房款金额,k 表示首次付款比例,i 表示年利率,n 表示分期付款(贷款)的总年数,R 表示每月底的还款金额,则有如下的价值方程()()12112n k P Ra -=,进一步有 ()()()()1212111212nnk P k i P R ia a --== . (4) 其中 21...nnn i n v a a v v v i-==+++=.上述是针对有限期限付清的情况,如果考虑永久期末年金:在每个付款期末付款1m上货币单位,直至永远.若将该年金的现值记为()m a ∞,则有计算公式()()()1211...lim m mm m m n n a v v a m i ∞→∞⎛⎫=++== ⎪⎝⎭. 代入(4)式即可.通过上述公式即可求出按不同还款方式每月底应还金额.第四章结论通过上述章节我们探讨了数列极限的求法并简要介绍了它在现实生活中的应用.我们知道极限是数学分析的基石,是微积分学的基础,可见数列极限是一种重要的极限类型.掌握数列极限的概念、性质和计算是学好函数极限和微积分的前提和基础,灵活巧妙的应用它,也可以使一些较为困难的实际问题迎刃而解.通过前面的例子我们知道求数列极限的方法灵活多样,给一些数学问题的讨论和计算带来极大的方便.对它的研究也使数学分析在经济领域和数学领域中发挥更大的作用.这在数学分析关于函数极限和微积分学的研究及其应用中都有非常重要的理论意义和应用价值.所以,国内外学者对数列极限的求法及其在实际应用的研究一直未中断,同时仍存在很多内容等待我们新时期的学术爱好者去探讨,去解决,去突破.※※※※※致谢经过几个月的忙碌和工作,毕业论文的写作已经接近尾声,作为一个本科生,由于经验的匮乏,在写作过程中难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的耐心指导,以及同学们的不断支持,想要完成这个论文是很难的.这里我尤其要感谢老师,因为在论文写作过程中,多亏了老师的亲切关怀和耐心的指导.从论文题目的选择到毕业论文的最终完成,老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持.我除了敬佩老师的专业水平外,他的治学态度和科研精神更是我永远学习的榜样.老师在修改我的论文期间,就连每处细小的错字、符号、字体格式等都能一一指出.我们都知道要学好数学关键是要有这种“追求准确”的精神,老师就是这种精神的成功践行者.老师的这种做学问的态度必将积极影响我今后的学习和工作.在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意,也祝老师身体健康,工作顺利,天天开心.在论文即将完成之际,我的心情很激动.从开始选题到论文的顺利完成,师长、同学、朋友给了我太多太多的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!我还要感谢含辛茹苦养育我长大的父母,谢谢您们!参考文献1. 《数学分析题解精粹(第二版)》/钱吉林等主编—崇文书局,2009.2. 《数学分析教程(上册)》/常庚哲,史济怀编—高等教育出版社,2003.3. 《数学分析(上册第三版)》/华东师范大学数学系编—高等教育出版社,2007.4. 《数学分析第一册》/徐森林,薛春华编—清华大学出版社,2005.5. 《求数列极限的方法探讨》/郑允利—高等函数学报(自然科学版),2010年06期.6. 《两类数列极限的求法》/陈凌—科技创新导报,2010年第28期.7. 《谈谈极限的求法》/林瀚斌—大众商务,2009年第12期.8. 《高等数学中数列极限的几种求法》/周林—湖北广播电视大学学报,2008年第11期.9. 《求数列极限的几种方法》/李素峰—邢台学院学报,2007年02期.。