Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

8111 практика 1-36 / Практика_10._Нахождение_пределов_последовательностей

.pdf
Скачиваний:
39
Добавлен:
27.03.2015
Размер:
144.84 Кб
Скачать

Практика 10. Нахождение пределов последовательностей

Р а с к р ы т и е н е о п р е д е л ¼ н н о с т е й методы вычисления пределов последо-

вательностей (или функций), заданных формулами, которые в результате формальной подстановки в них предельных значений аргумента теряют смысл, то есть переходят в выражения типа:

1 1

; ;

1

;

0

; 0

1

; 11; 00

;

1

0

:

 

 

 

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь 0 бесконечно малая последовательность (величина), 1 бесконечно большая последовательность (величина), 1 последовательность (величина), стремящаяся к единице.

По таким выражениям невозможно судить о том, существуют или нет искомые пределы, не говоря уже о нахождении их значений, если они существуют.

Пример 1. Обосновать формулу суммы членов бесконечно убывающей геометрической

прогрессии.

b + bq + bq2 + : : : + bqn 1 + : : : = 1 b q :

Для суммы n первых членов геометрической прогрессии при q 6= 1 справедливо

равенство

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b (1 qn)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b + bq + bq2 + : : : + bqn 1 =

 

=

 

b

 

 

(1 qn) :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

q

 

 

1

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поэтому, если jqj < 1, то nlim qn = 0 è

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

bq

 

bq2

 

: : :

 

bqn 1

 

: : :

lim

 

b

 

bq

 

 

bq2

 

: : :

 

bqn 1

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

+

+

+

+

 

+

+

+

+

= 1 q

 

 

 

 

 

 

= n!1

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Найти пределы следующих последовательностей, используя теоремы о пределах и замечательные пределы

 

 

 

 

4n + n2 2n 1

 

 

 

 

p

 

 

 

 

+ p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2 + 1

 

1.

a

 

=

;

4.

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

n4 + (n!)2

an = p3

 

 

 

 

+ n

;

 

 

 

 

 

 

 

n3 + n

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r n + 5

 

 

 

 

 

 

 

1 + p0; 01

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

an =

 

 

 

10 2

;

 

5.

a

n

= n

5n + 1

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

p9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

an =

3

1

;

 

6.

an =

2013

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Выражение для бщего члена представляет собой неопределенность 11. Делим чис- литель и знаменатель an на член самой быстро растущей последовательности из присутствующих на (n!)2, выделяя замечательные пределы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n

2

 

n2 2n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4n + n2 2n 1

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

lim

= lim

n!

 

n!

n!

(n!)2

 

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

n

 

n

4

+ (n!)

2

n

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

!1

 

 

 

!1

 

 

 

 

 

n

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n!

 

 

1

2. Òàê êàê lim

pa = 1 ïðè

a > 0 и знаменатель

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

не обращается в ноль

 

 

p10

2

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n!1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + p0; 01

 

äàæå ïðè n ! 1, òî

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

lim

n

10

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

lim

 

=

 

n!1

 

 

 

 

 

=

:

 

 

 

 

n

1 +

p

0; 01

 

1 + lim

p

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

!1

n

 

n

0; 01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n!1

3.Сразу воспользоваться арифметическими свойствами предела, как в предыдущем примере, здесь нельзя, так как предел знаменателя равен нулю, и предел числите-

ля равен нулю. Преобразуем общий член последовательности, чтобы избавиться от неопределенности 0.

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

3 1

 

 

 

 

 

n

3

1

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

1

 

lim

 

= lim

 

 

 

 

= lim

 

=

 

 

 

=

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!1

n

9 1 !1

n

3 1

n

3 + 1

 

!1

n

 

n!1

2

 

n

 

p

 

 

 

n

 

p

 

 

 

 

 

p

 

 

n

 

p3 + 1

 

lim p3 + 1

 

4.Выражение для бщего члена представляет собой неопределенность 11. Как и раньше, надо поделить на старшую степень:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

!1 p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!1

pn2 + 1 + p

 

!1

1 + 1

+

 

 

 

 

 

1 + 1=n + 1

 

 

 

 

 

n

 

 

n 1 + 1=n2 + p

n

 

 

 

 

1 + 1=n2 + 1=p

n

 

1

 

nlim

p3

 

+ n

= nlim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= nlim

 

 

 

 

 

 

 

=

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

n3 + n

n 3

=n2

 

n

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

1

пределом

p

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь воспользовались ранее доказанным

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nlim pp

 

= 1;

 

nlim xn = 0;

xn 1;

p 2 N:

 

 

 

 

 

 

1 + xn

åñëè

 

 

 

 

!1

 

 

 

 

 

 

 

 

!1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Заметим, что для этого примера не подойдет только что использованныé çàìå÷à-

тельный предел. Обратитет внимание на

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rn

n + 5 îíà

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

степень корня. В выражении

5n + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim p

 

= 1 при a > 0, им и воспользуемся,

не фиксированная. Нам известен предел

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n!1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оценив данный общий член последовательности. Так как для всех n справедливо

 

 

 

 

 

 

 

 

5n + 1

5 + 1=n

 

 

 

6

 

 

 

5 + 1=n 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n + 5

1 + 5=n

1

 

1 + 5=n

6

 

òî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r6 r n + 5

 

 

 

 

6

 

 

 

n!1 r n + 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

5

 

n

5n + 1

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

5n + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

è

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

= 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Так как для всех n 2014 справедливы неравенства 0 < 2013n

 

 

2013

, òî äëÿ ýòèõ n

 

2014

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 <

 

n

 

 

 

 

 

 

2014

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013

 

 

n

 

 

 

2013

 

n

 

 

 

 

 

В силу замечательного предела nlim qn = 0 ïðè jqj

< 1 и теоремы "о двух милицио-

\

2013

 

n

 

 

 

 

 

 

!1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n!1 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нерах

lim

 

 

 

 

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1См. практику 8.

2

10.1.Задачи для самостоятельной работы

Найти пределы следующих последовательностей, используя теоремы о пределах и замечательные пределы

 

 

 

 

 

 

 

10n + n!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

10

 

n

1.

an =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

an =

+

 

 

;

 

 

2n + (n + 1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n

 

1

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

a

 

=

 

p8 1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

an =

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6;

 

 

 

 

 

 

3.

an =

 

sn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an =

 

pn;

 

 

 

 

 

 

 

 

n

(1; 2)n ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.

 

 

 

 

 

4n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

np3

 

 

p4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.

an = pn3 + 3n;

4.

a

 

=

 

6n

81n6

1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

p

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

lg n

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

n + 4

 

n)

 

 

 

 

n

 

 

 

5

11.

a

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

n

 

 

 

log2 (4n + 1)

5.

 

n

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

 

a

 

 

n

 

2n2

 

 

 

 

5n + 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n3 + 3) cos n

 

 

= n + 8 n + 2

 

 

 

 

n + 1 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

r

 

 

 

 

 

n5

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an =

 

 

 

 

 

 

3n

;

6.

a

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13.

an =

p

 

+

p

 

 

+ : : : +

p

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2 + 1

n2 + 2

 

n2 + n + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы:

1.

0;

7.

0;

2.

3;

8.

1;

3.

1;

9.

1;

4.

3/4;

10.

1;

5.

1/2;

11.

1/2;

6.

1;

12.

0;

13.

1.

 

 

3