- •Заняття 9
- •§3.2. Послідовність. Границя послідовності
- •Способи задання послідовностей
- •Властивості, пов’язані із знаходженням границь послідовностей
- •Приклади
- •Завдання для самостійного розв’язування
- •Заняття 10
- •§3.3. Границя функції
- •Основні теореми про границі
- •Приклади
- •Завдання для самостійного розв’язування
- •Заняття 11
- •§3.4. Неперервність функції
- •Властивості неперервних функцій
- •Приклади
- •Завдання для самостійного розв’язування
Властивості, пов’язані із знаходженням границь послідовностей
Якщо послідовність збіжна, то вона обмежена.
Якщо послідовності (аn) і (bn) є збіжними, причому
і
,
то збіжними є також послідовності:
(аn+bn),
(аn–bn),
(аnbn),
причому
;
.
Якщо послідовності (аn) та (bn) є збіжними і , , причому bn0 nN і 0, то збіжною є також послідовність
,
причому
.(про границю проміжної послідовності) Нехай (аn) і (bn) – збіжні послідовності, причому
.
Якщо, починаючи з деякого номера n,
виконується нерівність аn≤сn≤bn,
то послідовність (сn)
також є збіжною, причому
.(про перехід до границі в нерівності) Нехай (аn) і (bn) – збіжні послідовності. Якщо, починаючи з деякого номера n, виконується нерівність аn≥bn, то
.Якщо послідовність (аn) – нескінченно мала, а послідовність (bn) – обмежена, то послідовність (аnbn) – нескінчено мала, тобто
.Якщо
і
(b
– скінченне число), то
.
Якщо
(a
– скінченне число і a0),
а
,
то
.
Приклади
Записати чотири перших члени послідовності
,
якщо:
а)
;
б)
;
в)
.
Розв’язання. Надаючи n послідовно значень 1, 2, 3, 4, одержуємо:
а)
;
б)
;
;
;
;
в) враховуючи, що
,
маємо:
,
;
;
.
Записати одну з формул для загального члена послідовності, якщо відомо її перші чотири члени:
а)
;
б)
Розв’язання.
а) Чисельники дробів утворюють
послідовність натуральних чисел,
починаючи з 2, кожен член якої на одиницю
є більшим від свого номера, тобто
утворюють послідовність
.
Знаменники дробів є степенями числа 3,
тобто утворюють послідовність
.
Отже,
– одна із формул загального члена
заданої послідовності.
б)
Чисельники дробів утворюють послідовність
натуральних чисел. Перші множники 1, 5,
9, 13, … у знаменниках дробів утворюють
арифметичну прогресію із різницею d=4
і першим членом
.
Тому за формулою n-го
члена арифметичної прогресії
маємо:
.
Другі
множники 5, 9, 13, 17, … у знаменниках дробів
також утворюють арифметичну прогресію
із різницею d=4
і першим членом
.
Тому n-ий
член цієї прогресії дорівнює:
.
Отже,
знаменники дробів утворюють послідовність
чисел із загальним членом
.
Зміну
знаку перед членами заданої послідовності
можна забезпечити ввівши множником
вираз вигляду
.
Отже,
– одна із формул загального члена
заданої послідовності.
Довести обмеженість послідовності із загальним членом
.
Розв’язання.
Оскільки
,
то очевидно, що
для всіх nN.
Враховуючи, що
для всіх nN,
маємо:
.
Отже,
для всіх nN.
Тому послідовність із загальним членом
є обмеженою.
Довести, що послідовності із загальним членом спадає.
Розв’язання.
Маємо:
,
.
Оскільки
,
то
.
Тому
для всіх nN.
Згідно з означенням послідовність
є спадною.
Оскільки послідовність є спадною і обмеженою знизу, то за теоремою Вейєрштрасса вона є збіжною. Нижче буде показано, що її границя дорівнює 1.
Знайти границі:
а)
;
б)
;
в)
;
г)
;
д)
;
е)
;
є)
;
ж)
;
з)
;
и)
;
і)
.
Розв’язання.
а) Якщо n,
то n3+,
а тому
0.
Отже,
.
Узагальненням
знайденої границі є така границя:
,
де k
і
– фіксовані числа, >0.
б) Якщо n,
то 5n+
і –5n–.
Тому
.
в) Оскільки
і
,
,
то за властивістю 2 збіжних послідовностей
маємо:
=
.
г) Оскільки
і
,
то використовувати властивість про
границю частки послідовностей не можна.
В цьому випадку маємо так звану
невизначеність вигляду
.
Щоб усунути цю невизначеність перетворимо
дріб
,
поділивши його чисельник і знаменник
на
(найвищий степінь многочленів, що
знаходяться у чисельнику і знаменнику):
=
=
.
Скориставшись спочатку властивістю про границю частки, а потім про границю суми і різниці послідовностей, одержимо:
=
=
=
.
Отже,
.
д) У даному випадку
маємо невизначеність вигляду
.
Поділимо чисельник і знаменник дробу
на
– найвищий степінь многочленів, що
знаходяться у чисельнику і знаменнику
дробу, а потім скористаємося властивостями
про границю частки і про границю суми
збіжних послідовностей:
=
=
=
.
е) Маємо невизначеність
вигляду
.
Поділимо чисельник і знаменник дробу
на
:
=
.
Оскільки
і
,
то за властивістю 8, маємо:
.
є)
Маємо невизначеність вигляду
.
Спочатку
перетворимо вираз
.
Цей вираз є сума n
перший членів арифметичної прогресії
із першим членом а1=1
і різницею d=3.
Тому за формулою суми n
перших членів арифметичної прогресії
маємо:
=
.
Тоді
=
=
.
Поділивши чисельник і знаменник дробу на , а потім скориставшись властивостями про границю частки, суми і різниці збіжних послідовностей, одержимо:
=
.
ж)
Спочатку перетворимо вирази, що
знаходяться у чисельнику і знаменнику
дробу. Чисельник дробу є сума n
перших членів геометричної прогресії
із першим членом b1=1
і знаменником q=
.
Тому, використовуючи формулу для суми
n
перших членів геометричної прогресії
,
одержимо:
=
.
Знаменник
дробу є сума n
перших членів геометричної прогресії
із першим членом b1=1
і знаменником q=
.
Тому
=
.
Тоді за властивостями про границю частки і різниці збіжних послідовностей маємо:
.
з)
Оскільки
і
,
то маємо невизначеність вигляду
.
Щоб її усунути, помножимо і поділимо
вираз
на спряжений до нього:
:
=
=
=
=
=
=
=
.
При знаходженні останньої границі одержимо невизначеність вигляду . Щоб її усунути перетворимо чисельник і знаменник дробу, а потім скористаємося властивостями про границю частки, суми і різниці збіжних послідовностей:
=
=
=
=
=
=
.
и)
=
.
При n≥15
маємо
.
Тоді
.
Оскільки
,
то за властивістю 4 (про границю проміжної
послідовності) маємо:
=0.
і) Оскільки
,
послідовність
– нескінченно мала, послідовність
– обмежена (бо |sin n|≤1
nN),
то за властивістю 6 маємо:
=0.
