一文搞懂考研数列极限问题(概念/计算/证明)史上最强/最全总结

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一文搞懂考研数列极限问题(概念/计算/证明)史上最强/最全总结

2024-07-12 09:22| 来源: 网络整理| 查看: 265

不管本科高数还是考研数学,数列极限问题,看这一篇文章管够,看完还不会做你来找我!

数列极限,是数列和极限两个充满不确定性的概念相混合,容易让人产生摸不着头脑,看到题目就害怕的感觉,本篇文章就按以下目录对这块儿重难点拨云见日,内容循序渐进,越往后越精彩,大家可以自行感受一下!

01 什么是数列 02 数列的极限 03 数列极限的计算(三种类型) 04数列相关证明题(两种类型)

01 什么是数列?(掌握难度:★)

从字面意思就可以看出来:数列数列,就是将数排成队列。详细点来说,就是将一堆数按照某种规律排成一排,p.s.类似军训,教官让我们按照从矮到高(某种规律)排成一排。 在这里插入图片描述 这时,有个数在开小差,教官就开始点名了。还记得我们当时军训时教官是怎么点名的么?

“第m排第n列,请出列”——这耳熟能详的语句。

由于我们的数只有一列,所以我们就变成了,“第n个数请出列”。为了描述方便我们用符号 x n x_{n} xn​ 表示,含义为第n个数,于是就有 x 1 = 1 2 , x 4 = 1 16 , x 5 = 1 32 x_{1}=\frac{1}{2} , x_{4}=\frac{1}{16} , x_{5}=\frac{1}{32} x1​=21​,x4​=161​,x5​=321​。如果可以用某个含n的式子来表示 x n x_{n} xn​ ,那么这个式子就叫做这个数列的通项公式,例如本文举例的数列,它的通项公式就是: x n = 1 2 n x_{n}=\frac{1}{2^{n}} xn​=2n1​ 。有了它,我们就可以快速get这一列数中的每一个数,是不是很方便。

但是,人总是贪心的。所以一定会有人问:“你不是说每一项你都知道么?那么第无穷项是多少呢?”这个时候就涉及到了数列的极限。

02 数列的极限(掌握难度:★★)

针对刚刚的问题——数列{ x n x_{n} xn​ }的“无穷项”是多少?即当 n → ∞ n\rightarrow\infty n→∞ 时, x n x_{n} xn​ 趋近于多少。可见这是一个极限问题,用数学式来表示:

lim ⁡ n → ∞ x n = ? \lim_{n \rightarrow \infty}{x_{n}}=? limn→∞​xn​=?

上式的结果,有些是可预测的(可计算出结果),有些是不可预测的(结果不确定),如下:

例如: (1) ( − 1 ) n : − 1 , 1 , − 1 , 1 , − 1 , 1 … … { (-1)^{n} }: -1,1,-1,1,-1,1…… (−1)n:−1,1,−1,1,−1,1……

(2) l n ( n ) : l n 1 , l n 2 , l n 3 , … … { { ln(n) } } : ln1,ln2,ln3,…… ln(n):ln1,ln2,ln3,……

(3) 1 2 n : 1 2 , 1 4 , 1 8 , 1 16 … … {\frac{1}{2^{n}} } : \frac{1}{2},\frac{1}{4},\frac{1}{8},\frac{1}{16}…… 2n1​:21​,41​,81​,161​……

数列(1),在-1和1间摇摆不定,"第无穷项"鬼知道是1还是-1,因此极限不存在;

数列(2),随n增大, x n x_{n} xn​ 也无限制地增大,增大到无穷时,无法用一个具体的数来表示,其极限也不存在。对于数列(1)和(2),我们称其为发散数列,或称这个数列是发散的。

数列(3),随n增大,每一项的分母都会无限制的增大,进而每一项会越来越小,最终 n → ∞ , x n → 0 ( 1 ∞ ) n\rightarrow \infty ,x_{n}\rightarrow0(\frac{1}{\infty}) n→∞,xn​→0(∞1​) ,所以此时我们可以预测在“第无穷项”处,数列的值趋近于0,这个时候我们也称数列(3)收敛。

所以可知,当 lim ⁡ n → ∞ x n = A \lim_{n \rightarrow \infty}{x_{n}}=A limn→∞​xn​=A 的时候,数列的“第无穷项”我们是可以预测出来的,此时这个数列 { x n } \left\{ x_{n} \right\} {xn​} 也是收敛的。最终得到下面的关系:

{ x n } 收敛 ↔ lim ⁡ n → ∞ x n 存在 ↔ lim ⁡ n → ∞ x n = A \left\{ x_{n} \right\}收敛\leftrightarrow\lim_{n \rightarrow \infty}{x_{n}}存在\leftrightarrow\lim_{n\rightarrow \infty}{x_{n}}=A {xn​}收敛↔limn→∞​xn​存在↔limn→∞​xn​=A

极限趋近的数学表达式: n → ∞ , x n → A n\rightarrow \infty, x_{n}\rightarrow A n→∞,xn​→A ,用大白话讲就是:当n趋近无穷大时, x n x_{n} xn​ 与A的距离越来越近。而衡量两个数的距离远近,用绝对值来表示,就是 ∣ x n − A ∣ \left| x_{n}-A \right| ∣xn​−A∣ 。所以该语句套上数学的外衣就是 n → ∞ n\rightarrow\infty n→∞, ∣ x n − A ∣ → 0 \left| x_{n}-A \right|\rightarrow0 ∣xn​−A∣→0 ,当然这句话也可以换一种说法,既然 ∣ x n − A ∣ → 0 \left| x_{n}-A \right|\rightarrow0 ∣xn​−A∣→0 那么也就是说 ∣ x n − A ∣ \left| x_{n}-A \right| ∣xn​−A∣ 要多小有多小,即它比所有的正数都小,这就引出了很多教材常见的写法:

设{ x n x_n xn​ }为实数数列,A 为定数,若对任给的正数 ε,总存在正整数N,使得当 n>N 时有 ∣ x n − A ∣ < ε ∣{ x_n }-A∣



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