数列极限(1) |
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证明:\mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } \frac{{3{n^2}}}{{{n^2} - 3}} = 3. 在求解这道题的时候一定要注意条件的选取,不然很容易出错!下面我们先给出这道题的一种错误解法(也是我们最容易犯的错误);然后再给出正确解法。 ❎错解: 证:因为\left| {\frac{{3{n^2}}}{{{n^2} - 3}} - 3} \right| = \frac{9}{{{n^2} - 3}} \le \frac{9}{n}{\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} (1) 所以对 \forall \varepsilon > 0,只要 n < \frac{9}{\varepsilon },便有\left| {\frac{{3{n^2}}}{{{n^2} - 3}} - 3} \right| < \varepsilon {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} (2) 即当n > \frac{9}{\varepsilon }时,(2)式成立. 所以N \le \frac{9}{\varepsilon }. 故对 \forall \varepsilon > 0,取 N \le \frac{9}{\varepsilon },当 n>N时,有\left| {\frac{{3{n^2}}}{{{n^2} - 3}} - 3} \right| < \varepsilon成立. 于是本题得证. 在证明的时候,我们要进行适当的放缩,从而找到一个合适的N,使得定义中的式子成立;但是在放缩的时候,我们也要注意范围,就比如今天这道题目中,在放缩的时候还满足n \ge 3这个条件,那么在最后N的选取就一定要考虑这个条件。这也是我们做题时最容易忽略的一点,一定要注意❗️❗️❗️ ✅正解: 证:因为\left| {\frac{{3{n^2}}}{{{n^2} - 3}} - 3} \right| = \frac{9}{{{n^2} - 3}} \le \frac{9}{n}{\kern 1pt} (n \ge 3){\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} (1) 所以,对 \forall \varepsilon > 0,只要 n < \frac{9}{\varepsilon },便有\left| {\frac{{3{n^2}}}{{{n^2} - 3}} - 3} \right| < \varepsilon {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} (2) 即当 n > \frac{9}{\varepsilon }时,(2)式成立. 又由 {n^2} - 3 \ge n可得:n < \frac{{1 - \sqrt {13} }}{2} 或 n > \frac{{1 + \sqrt {13} }}{2}. 而n是正整数,所以 n 的范围为n \ge 3. 故(1)式是在 n \ge 3的条件下成立的. 综上所述,对 \forall \varepsilon > 0,取 N = \max \left\{ {3,\frac{9}{\varepsilon }} \right\},当 n>N时,有\left| {\frac{{3{n^2}}}{{{n^2} - 3}} - 3} \right| < \varepsilon成立. 于是本题得证. |
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