第2章 数列极限
基础部分
- ( ) A. B. C. D.
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答案:
A
解析:
令
。
由于
,
在 处对 作一阶展开,得
。
因此
,
从而
。
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答案:
解析:
由二项式展开,
。
所以
,
故
。
- 设 非负有界,,则
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答案:
解析:
由于分母与求和指标 无关,
。
又因 有界,所以 。于是
,
因此
。
- 设 ,,且 ,证明 存在,并求此极限
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答案:
解析:
因 ,由递推式可知所有 。由算术—几何平均值不等式,
。
故从 起恒有 。进而
,
所以 单调递减,且以下界 有界,故其极限存在。
设 ,则 。对递推式取极限,得
,
即 。因 ,所以
。
- 当 时,
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答案:
解析:
记 。由于 ,有
。
取 次方根,得
。
由夹逼定理,极限为 。
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答案:
解析:
令 ,则
。
因此
。
由夹逼定理,
。
- 设数列 满足 ,,,则 ( ) A. 单调不减 B. 单调不增 C. 严格单调递增 D. 严格单调递减
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答案:
B
解析:
由基本不等式
,
且等号仅在 时成立,得
。
因此数列单调不增。若某一项 ,则以后各项均为 ,所以不能保证严格递减。
- 若对于数列 ,存在常数 ,使得 ,,证明 收敛于
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答案:
解析:
反复使用已知不等式,得
。
由于 ,故 。因此
。
由夹逼定理,,即
。
- 若对于数列 ,,, 可导, 是 的唯一解,且对任意的 ,有 ,证明 收敛于
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答案:
解析:
因为 是不动点,所以 。由拉格朗日中值定理,对每个 ,存在介于 与 之间的 ,使得
。
故
。
递推可得
。
因此
。
- 设 ,,且 ,,求
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答案:
解析:
令
。
因为
,
所以 在 上严格单调递增且连续。题设给出
。
由严格单调连续函数的反函数连续,得
。
- 设 ,,且 是方程 的唯一非零解,证明
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答案:
解析:
由 满足方程
,
可得
。
又因 ,且 在 上严格递增,所以
。
- 设单调递减数列 满足 ,,,且 是 的唯一非零解,证明 收敛
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答案:
收敛,且
解析:
令 。因 在 上严格递增,且
。
由 ,若 ,则
。
由归纳法, 对所有 成立。因此数列以下界 有界。
题设已知 单调递减,所以其极限存在。设
,
则 。对递推式取极限,得
。
该方程只有两个非负解 与 ,而 ,故
。
强化部分
- 若 , 满足 ,则以下结论:
(1) 或 ;
(2) 且 ;
③ 与 中一个是无穷大量,另一个是无界量;
④当 是非零无穷小量时,。
正确结论的个数为( ) A. B. C. D.
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答案:
A(按原题通常采用的命题意图,只有④正确)
解析:
(1)、(2)、③均不成立。取
则 ,但 、 都不趋于 ,且二者都只是无界数列而不是无穷大量。
原题通常意在认为④正确:若 且最终为正,并有 ,则对任意 ,最终有 且 ,从而 ,故 。
但严格地说,原题④缺少“ 最终为正”的条件。若允许变号,取
,
则 ,而 并不趋于 。因此本题存在条件不完整的问题;按命题人的常规意图选 A。
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答案:
解析:
利用裂项公式
,
得
。
故
。
- 已知数列 发散,,则( ) A. 当 时, 收敛 B. 当 时, 收敛 C. 当 时, 发散 D. 当 时, 发散
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答案:
C
解析:
设 。在 上,
,
故 严格单调且存在连续反函数。
若 且 收敛,则由反函数的连续性可知
也收敛,这与 发散矛盾。因此 C 正确。
当 时, 在整个负半轴上并非一一对应,因此 可能收敛,也可能发散,B、D 均不能必然成立。
- 设 ,,则极限 ( ) A. B. C. D.
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答案:
C
解析:
在 中令 ,则 ,且 ,所以
。
由 Wallis 积分的递推公式
,
可得
。
于是
。
- 设 ,,,,证明数列 收敛,并求其极限值
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答案:
解析:
先证明区间 在递推映射下保持不变。若 ,显然 。又
,
故 。
另一方面,
。
所以 单调不减,且以上界 有界,故极限存在。
设极限为 ,则 ,并且
。
化简得
。
因 ,故
。
- 设 ,,求
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答案:
解析:
当 时,,故
。
因此 ,数列单调递增且以上界 有界,故极限存在。设极限为 ,则
。
由于方程 只有解 ,所以 。
于是
。
当 时,
。
故所求极限为
。
- 设数列 满足 ,,
(1)证明 存在并求其值;
(2)计算
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答案:
(1);
(2)。
解析:
由递推关系,
。
因为 在 上严格递减,所以
。
因此 单调递减且以下界 有界,故极限存在。设 ,对递推关系取极限,得
,
从而 。
下面计算第二问。由拉格朗日中值定理,存在 ,使
。
因 ,故
,
从而
。
再由
,
并利用
,
得到
。
- 已知数列 满足 ,,
(1)证明 存在并求其值;
(2)求极限
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答案:
(1);
(2)。
解析:
递推式可写为
。
当 时,,故
。
又令 ,则
,
所以 ,即 。因此 单调递减且以下界 有界,极限存在。
设 ,则
,
即 。在 内只有解 。
对于第二问,
。
又
,
且
,
故
。
- 已知 ,,计算
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答案:
解析:
在 上,。由
关于 求导,得
。
所以
。
于是
。
- 设数列 的通项 ,,计算
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答案:
解析:
令 ,则
。
由 Wallis 积分递推公式,
,
可得
。
又
。
因此
。
故所求极限为
。
- 已知 可导,且 ,方程 有唯一解 ,又 ,,证明:当 时, 是 的高阶无穷小
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答案:
解析:
由方程 的唯一解为 ,可知
。
由拉格朗日中值定理,对每个 ,存在介于 与 之间的 ,使
。
递推得
。
因此
。
所以
,
即 是 的高阶无穷小。