首页 理论教育数列极限存在准则及解析

数列极限存在准则及解析

【摘要】:有,从而此时,{xn}单调减少.由以上分析可知,{xn}按和可为单调不减有上界的数列或单调减少有下界的数列,因此由数列极限存在准则Ⅱ知存在,记为A.递推式两边令n→∞取极限得, 即由于xn>0(n=1,2,…

【主要内容】

数列极限可以用数列极限运算法则计算,也可将其看做函数极限用函数极限的计算方法来计算.但当用这些方法不易计算时,还可用数列极限存在准则计算数列极限.

数列极限存在准则有以下两条:

准则Ⅰ 设数列{xn},{yn}和{zn}.如果ynxnznn=1,2,…),且978-7-111-46245-3-Part01-175.jpg978-7-111-46245-3-Part01-176.jpg,则978-7-111-46245-3-Part01-177.jpg

注 (ⅰ)对数列{xn}使用准则Ⅰ时,可通过适当缩小与放大xn,寻找数列{yn}和{zn}.(ⅱ)对函数也有类似准则Ⅰ的极限存在准则:设函数fx),gx),hx.如果gx)≤fx)≤hx)(在点x0的某个去心邻域内)且978-7-111-46245-3-Part01-178.jpg978-7-111-46245-3-Part01-179.jpg

设函数fx),gx),hx.如果gx)≤fx)≤hx)(在|x|>NN是某个正数),

978-7-111-46245-3-Part01-180.jpg,则978-7-111-46245-3-Part01-181.jpg

准则Ⅱ 如果数列{xn}单调不减(单调不增),且有上界(下界),则978-7-111-46245-3-Part01-182.jpg存在.

注 当数列{xn}是用递推式定义时,通常用极限存在准则Ⅱ计算这一数列的极限.一般来说,准则Ⅱ只能确定数列极限的存在,但在某些情况下,在确定其极限存在后还能算出这个极限值.

【典型例题】

例1.7.1 求数列极限978-7-111-46245-3-Part01-183.jpg

精解 记978-7-111-46245-3-Part01-184.jpg,显然数列{xn}的极限不能用数列极限的运算法则

计算,也不能转换成函数极限后用函数极限计算方法计算,因此考虑应用数列极限存在准则

Ⅰ计算.

由于978-7-111-46245-3-Part01-185.jpg978-7-111-46245-3-Part01-186.jpg

并且nl→im∞1=nl→im∞nn=1,所以由数列极限存在准则Ⅰ得nlim978-7-111-46245-3-Part01-187.jpg,即

注 应记住978-7-111-46245-3-Part01-189.jpg

例1.7.2 设978-7-111-46245-3-Part01-190.jpg,求极限978-7-111-46245-3-Part01-191.jpg

精解 用数列极限存在准则Ⅰ计算978-7-111-46245-3-Part01-192.jpg,因此对xn作适当缩小与放大.

978-7-111-46245-3-Part01-193.jpg

所以,978-7-111-46245-3-Part01-195.jpg,即978-7-111-46245-3-Part01-196.jpg

978-7-111-46245-3-Part01-197.jpg,所以由数列极限存在准则Ⅰ得978-7-111-46245-3-Part01-198.jpg(www.chuimin.cn)

例1.7.3 设x1=10,978-7-111-46245-3-Part01-199.jpg,求极限limn→∞xn.

精解 由于{xn}是由递推式定义的,所以用数列极限存在准则Ⅱ计算978-7-111-46245-3-Part01-200.jpg

x1=10>3,x2=4>3,978-7-111-46245-3-Part01-201.jpg,…依次类推可得xn>3 (n=1,2,…),即

{xn}有下界.

由于978-7-111-46245-3-Part01-202.jpg,所

以{xn}单调减少.从而由数列极限存在准则Ⅱ知978-7-111-46245-3-Part01-203.jpg存在,记为A.

递推式两边令n→∞取极限得978-7-111-46245-3-Part01-204.jpg

此方程仅有解A=3.所以978-7-111-46245-3-Part01-205.jpg

例1.7.4 设x1>0,978-7-111-46245-3-Part01-206.jpg,求极限978-7-111-46245-3-Part01-207.jpg

精解 由于{xn}是由递推式定义的,所以用数列极限存在准则Ⅱ计算978-7-111-46245-3-Part01-208.jpg

显然,xn>0(n=1,2,…),并且978-7-111-46245-3-Part01-209.jpg

所以,{xn}既有下界又有上界.

下面考虑{xn}的单调性.由于978-7-111-46245-3-Part01-210.jpg

978-7-111-46245-3-Part01-211.jpg时,978-7-111-46245-3-Part01-212.jpg,同理可证978-7-111-46245-3-Part01-213.jpg

此可以推出,对n=1,2,…有978-7-111-46245-3-Part01-214.jpg,从而此时,{xn}单调不减;

978-7-111-46245-3-Part01-215.jpg时,978-7-111-46245-3-Part01-216.jpg,同理可证978-7-111-46245-3-Part01-217.jpg.由此可

以推出,对n=1,2,…有978-7-111-46245-3-Part01-218.jpg,从而此时,{xn}单调减少.

由以上分析可知,{xn}按978-7-111-46245-3-Part01-219.jpg978-7-111-46245-3-Part01-220.jpg可为单调不减有上界的数列或单调减少有

下界的数列,因此由数列极限存在准则Ⅱ知978-7-111-46245-3-Part01-221.jpg存在,记为A.

递推式两边令n→∞取极限得978-7-111-46245-3-Part01-222.jpg, 即978-7-111-46245-3-Part01-223.jpg

由于xn>0(n=1,2,…),所以A≥0,从而978-7-111-46245-3-Part01-224.jpg不合题意,舍去,由此得到