在数学分析中,数列极限是一个非常重要的概念。它帮助我们理解数列的行为模式以及其最终的趋势。下面通过几个具体的例子来说明如何求解数列的极限。
例题一:基本形式的数列极限
考虑数列 {a_n} = (3n + 5) / (2n - 1),求当 n 趋向于无穷大时该数列的极限。
解法:
对于这种形式的分式数列,通常的做法是将分子和分母同时除以最高次幂的项(这里是 n)。这样可以简化表达式,便于观察其极限值。
\[ \lim_{n \to \infty} \frac{3n + 5}{2n - 1} = \lim_{n \to \infty} \frac{3 + \frac{5}{n}}{2 - \frac{1}{n}} \]
当 n 趋向无穷大时,\(\frac{5}{n}\) 和 \(\frac{1}{n}\) 都趋于 0。因此,
\[ \lim_{n \to \infty} \frac{3 + \frac{5}{n}}{2 - \frac{1}{n}} = \frac{3}{2} \]
所以,数列 {a_n} 的极限为 \( \frac{3}{2} \)。
例题二:指数增长与衰减的结合
设数列 {b_n} = \((1 + \frac{1}{n})^n\),求当 n 趋向于无穷大时的极限。
解法:
这个数列涉及到著名的 e 常数,其中 e 是自然对数的底数,约等于 2.71828。通过分析,我们知道:
\[ \lim_{n \to \infty} \left(1 + \frac{1}{n}\right)^n = e \]
因此,数列 {b_n} 的极限为 e。
例题三:递归定义的数列
假设数列 {c_n} 满足递推关系 \( c_1 = 1 \),\( c_{n+1} = \sqrt{c_n + 6} \),求当 n 趋向于无穷大时的极限。
解法:
首先假设该数列存在极限 L,则当 n 趋向无穷大时,\( c_n \) 和 \( c_{n+1} \) 都趋于 L。因此,L 应满足以下方程:
\[ L = \sqrt{L + 6} \]
两边平方后得到:
\[ L^2 = L + 6 \]
整理得:
\[ L^2 - L - 6 = 0 \]
这是一个二次方程,可以通过因式分解或求根公式求解:
\[ (L - 3)(L + 2) = 0 \]
因此,L 可能为 3 或 -2。由于数列的所有项都是正数,所以极限只能是 3。
以上三个例子展示了不同类型数列极限问题的解决方法。掌握这些基本技巧后,可以更轻松地处理更加复杂的数列极限问题。