数列极限的定义、应用注意事项、典型思路与实例分析
1、数列极限定义的等价描述形式
定义1:数列收敛于对于任一给定的 ,存在正整数,当时,恒有成立.定义2:数列收敛于 对于任一给定的 ,存在正整数, ,成立.
定义3:数列收敛于 , , ,成立.
定义4:数列收敛于 对于任一给定的 ,, ,成立,其中是一个与和都无关的正的常数.
2、关于数列定义的有关注意事项
【注1】:只要四个定义右边的任意一种描述成立,就可以直接得到数列收敛的结论成立;同样,如果数列收敛于,则可以写出右边四种等价描述形式,针对不同的问题,选用不同的描述形式帮助求解或验证问题.
【注2】:由于定义中的是用来度量数列与极限值的逼近程度的,所以可小不可大,对于它的取法,在使用定义证明极限时,可以假定其小于某个正数,比如小于1内取值;对于 可大不可小,取法不唯一. 如果满足条件,则(为任意正整数)都可以取为定义中的 值. 因此,的取值与有关,但并不是的函数.
3、利用数列极限定义证明极限的步骤与方法
用数列极限定义证明数列收敛于:
关键:对于任取的,找到一个符合定义中的;
方法:适当放大不等式;
基本步骤:
第一步:任取,可以根据后面不等式放大的需要假设它小于某个定值.
第二步:借助适当放大方法放大、简化为. 其中放大的方法主要从原绝对值里面的式子出发,当然也可以借助于一些基本不等式来进行放大,目标都是尽可能通过放大,简化绝对值里面的 关系式,使得第三步求解不等式时变得非常简单.
第三步:解关于变量的不等式,得. 如果不能得到这样的结果,则需要重新改写原绝对值不等式.
第四步:取 描述结论:即任取,取,则当时,有恒成立,所以数列收敛于 .
【注3】:在放大不等式的过程中,可能也对的取值有一定的限制,比如必须大于时放大不等式才成立. 这个时候,最后的应该取为
.
4、例题
例1:用数列极限的定义证明:
【参考证明】:第一步:任取.第二步:放大、简化绝对值不等式
第三步:解关于变量的不等式,得
第四步:取描述结论:
【任取,取,则当时,
恒成立,所以
】
【注4】:其实证明过程只需要【 】里面的过程就可以了,因为根据定义,只要对于任意给定的正数,能够找到一个,让不等式在恒成立即可. 所以前面三步其实是探索、寻找的过程,不过实际过程最好包含不等式放大的过程.
例2:用数列极限的定义证明:
【分析】:借助二项式展开,有
右边的和的每一项都为正的,所以当时,只取第六项,则有
令,解得. 为了同时保证 ,甚至为了保证也大于,我们可取,其实这样的范围也可以通过设定的取值范围来保证,比如设的取值范围为,则完全可以保证满足以上不等式对的要求.
【参考证明】:任取,取,则当时,
恒成立,所以
由于
这样由已知,则借助数列极限的四则运算法则可以直接得到结论成立.
【注6】:在没有明确要求使用
则基于夹逼准则就验证了
【注7】:借助数列极限的四则运算法则和夹逼定理,有如下结论:
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