用数列极限证明数列的收敛或发散

数列:指的是以正整数集为定义域的函数,是一列有序的数。

极限:某一个函数中的某一个变量,这个变量在变大或者变小的过程中,逐渐向一个确定的数值不断靠近,但是又永远达不到这个数值,那这个数值就会被称作极限值。

而数列恰好是函数,数列极限就是要求出这个数列在变大或者变小的过程中,逐渐靠近的一个确定数值是什么,我们在求数列极限的时候,要转化成函数极限来做。

「高等数学」证明数列收敛并求该数列的极限,利用单调有界准则

图一

如图所示,我给出这样一道例题,设定一个数列xn,然后相关的条件,证明它收敛,以及这个数列的极限。(证明数列收敛,有时候也只要证明它是一个单调有界的数列,即可直接证明它是一个收敛数列)

拿到题目的时候不要急着做,先对题目进行一个分析。

它说要收敛,也就是证明该数列为收敛数列,想一想对于收敛数列来说,收敛的定义是什么,对于数列而言,如果说存在一个数列{Xn},而且有一个固定的实数C,如果给出任意的y>0,存在一个正整数N,使得n>N,有Xn-C的绝对值恒小于y,就称作该数列为收敛数列,注意,这里数列的极限就是C,各个点的概念不能够忘记,一定要特别清楚,不清楚的话,即便知道收敛数列的定义也很难做出这道题目了。

「高等数学」证明数列收敛并求该数列的极限,利用单调有界准则

图二

我们先根据题目,可以得到哪些信息,千万不要着急。

正如我图中所写的这样,当x>0的时候,我们是不是能够知道e的x次方恒大于1,因为e的零次方刚刚等于零,但是e的x次方是单调递增的。

然后再慢慢一步步进行推导,得到数列{xn}下有界,这里只是证明了它的有界性,那么我们后面的操作就是要证明该数列的单调性,进而证明该数列是单调有界的。

「高等数学」证明数列收敛并求该数列的极限,利用单调有界准则

图三

最后给出一个解答方案,由图可知,我们已经证明了该数列的有界性,现在我们要证明它的单调性即可,根据题目给出的条件我们很容易想到用对数的方法来解决,要证明单调性,就是要证明形如xn+1-xn这样的式子恒大于零或者恒小于零,当然,在这道题目中这个式子恒小于零,那么就能够证明该数列是单调递减的,再根据单调有界准则,我们就可以知道该数列收敛,之后再进行求极限就得到a=0。

注意,为什么这个方程两边可以求导,我们可以这样理解,你对方程两边求导,就是对两百年同时除以一个dx,只要dx不等于零,那么方程两边求导后也是相等的,这个一定要注意,因为有很多小伙伴没弄清楚定义域就对方程两边求导,就很容易导致题目做错。

最后做个总结,证明数列是否收敛,以及求该数列的极限的题目的时候,我们要认真分析,用好单调有界准则,用好基本极限的求法,求导也要用好,那么这类题目的难度就不会特别大。

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