数列极限求法及其应用-毕业论文
论文:数列极限求法及其应用 毕业论文
毕业论文(设计)题目数列极限的求法及其应用内容提要数列极限可用Nε-语言和A N-语言进行准确定义,本文主要讲述数列极限的不同求法,例如:极限定义求法、极限运算法则法、夹逼准则求法、单调有界定理求法、函数极限法、定积分定义法、Stoltz 公式法、几何算术平均收敛公式法、级数法、收缩法等等.我们还会发现同一数列极限可用不同方法来求.最后我们还简要介绍了数列极限在现实生活中的应用,如几何中推算圆面积,求方程的数值解,研究市场经营的稳定性及购房按揭贷款分期偿还问题.通过这些应用使我们对数列极限有一个更系统立体的了解.关键词:Nε-定义;夹逼准则;Stoltz公式;函数极限On the Solutions and the Applications as to the Sequence LimitName: Yang NO. 07The guidance of teachers:Dong Titles:LecturerAbstractThe limit of a sequence can be accurately defined by Nε-language and A N-language. This paper mainly describes different solutions to finding sequence limit, for example, definition of sequence limit method, fundamental operations of sequence limit method, squeezing law method, the monotone convergence theorem method, function limits method, definite integrals definition method, Stoltz formula method, geomeric and arithmetic convergence formula method, series method, contraction method, etc. We'll also find that different methods can be used to solve the same limit.Finally, we also briefly introduce the applications of sequence limit in real life, such as, infering the area of a circle in geometry, finding the numerial solution of equations, studying the stability of the market operation and the amortization problems of purchase mortgage loans.Key Wordsε-definition; Squeezing law; Stoltz formula; Function limits N目录第一章数列极限的概念 (1)1.1 数列极限的定义及分类 (1)1.2 数列极限求法的常用定理 (2)第二章数列极限的求法 (4)2.1 极限定义求法 (4)2.2 极限运算法则法 (5)2.3 夹逼准则求法 (6)2.4 单调有界定理求法 (8)2.5 函数极限法 (9)2.6 定积分定义法 (10)2.7 Stoltz公式法 (11)2.8 几何算术平均收敛公式法 (12)2.9 级数法 (13)2.10 其它方法 (15)第三章数列极限在现实生活中的应用 (17)3.1 几何应用-计算面积 (17)3.2 求方程的数值解 (18)3.3 市场经营中的稳定性问题 (19)3.3.1 零增长模型 (19)3.3.2 不变增长模型 (20)3.4 购房按揭贷款分期偿还 (21)第四章结论 (23)致谢 (24)参考文献 (24)数列极限的求法及其应用学号:071106132 作者:杨少鲜 指导老师:董建伟 职称:讲师第一章 数列极限的概念在研究数列极限解法之前,首先我们要清楚数列极限的定义.这是对数列极限做进一步深入研究的先决基础. 1.1 数列极限的定义及分类数列极限概念是由于求某些实际问题的精确解答而产生的.如,我国古代数学家刘徽(公元3世纪)利用圆内接正多边形来推算圆面积的方法—割圆术.因一系列圆内接正多边形的面积n A 在n 无限增大(n →∞)时,内接正多边形无限接近于圆,同时n A 也无限接近于某一确定的数,此时这一数值可精确表达圆的面积.在解决类似的实际问题中逐步的引出了数列极限.针对不同的数列极限我们对其定义将会有细微的不同,下面主要介绍两种定义:N ε-定义,A N -定义.定义1(N ε-语言):设{}n a 是个数列,a 是一个常数,若0ε∀>,∃正整数N ,使得当n N >时,都有n a a ε-<,则称a 是数列{}n a 当n 无限增大时的极限,或称{}n a 收敛于a ,记作lim n n a a →+∞=,或()n a a n →→+∞.这时,也称{}n a 的极限存在.定义2(A N -语言):若0A >,∃正整数N ,使得当n N >时,都有n a A >,则称+∞是数列{}n a 当n 无限增大时的非正常极限,或称{}n a 发散于+∞,记作lim n n a →+∞=+∞或()n a n →+∞→+∞,这时,称{}n a 有非正常极限.对于,-∞∞的定义类似,就不作介绍了.为了后面数列极限的解法做铺垫,我们先介绍一些常用定理. 1.2 数列极限求法的常用定理定理1.2.1(数列极限的四则运算法则) 若{}n a 和{}n b 为收敛数列,则{}{}{},,n n n n n n a b a b a b +-⋅也都是收敛数列,且有 ()()lim lim lim ,lim lim lim .n n n n n n n n n n nn n n a b a b a b a b →∞→∞→∞→∞→∞→∞±=±⋅=⋅若再假设0n b ≠及lim 0n n b →∞≠,则n n a b ⎧⎫⎨⎬⎩⎭也是收敛数列,且有 lim lim /lim n n n n n n n a a b b →∞→∞→∞⎛⎫= ⎪⎝⎭. 定理1.2.2(单调有界定理) 在实数系中,有界的单调数列必有极限.定理1.2.3(∞Stoltz 公式) 设有数列{}n x ,{}n y ,其中{}n x 严格增,且lim n n x →+∞=+∞(注意:不必lim n n y →+∞=+∞).如果11lim n n n n n y y a x x -→+∞--=-(实数,,+∞-∞),则 11lim lim .n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==- 定理1.2.3'(00Stoltz 公式) 设{}n x 严格减,且lim 0n n x →+∞=,lim 0n n y →+∞=.若11lim n n n n n y y a x x -→+∞--=-(实数,,+∞-∞),则11limlim n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==-.定理1.2.4(几何算术平均收敛公式) 设lim n n a a →∞=,则 (1)12 (i)nn a a a a n→∞+++=, (2)若()01,2,...n a n >=,则n a =. 定理1.2.5(夹逼准则)设收敛数列{}{},n n a b 都以a 为极限,数列{}n c 满足:存在正数0N ,当0n N >时,有 n n n a c b ≤≤,则数列{}n c 收敛,且limn n c a →∞=. 定理1.2.6(归结原则)设f 在()0;U x δ'内有定义.()0lim x xf x →存在的充要条件是:对任何含于()0;U x δ'且以0x 为极限的数列{}n x ,极限()lim n n f x →∞都存在且相等.第二章 数列极限的求法2.1 极限定义求法在用数列极限定义法求时,关键是找到正数N .我们前面一节的定理1.2.4(几何算术平均收敛公式)的证明就可用数列极限来证明,我们来看几个例子.例2.1.1 求n ,其中0a >. 解:1n =. 事实上,当1a =时,结论显然成立.现设1a >.记11na α=-,则0α>. 由 ()11111nn a n n a αα⎛⎫=+≥+=+- ⎪⎝⎭,得 111na a n--≤. (5) 任给0ε>,由(5)式可见,当1a n N ε->=时,就有11n a ε-<.即11na ε-<.所以1n =.对于01a <<的情况,因11a >,由上述结论知1n =,故 111n n ===. 综合得0a >时,1n =. 例2.1.2 定理1.2.4(1)式证明.证明:由lim n n a a →∞=,则0ε∀>,存在10N >,使当1n N >时,有 /2n a a ε-<,则()111211 (1)......n N N n a a a a a a a a a a a a n n++++-≤-++-+-++-. 令11...N c a a a a =-++-,那么121 (2)n a a a n N c a n n n ε+++--≤+⋅. 由lim0n cn→∞=,知存在20N >,使当2n N >时,有2c nε<. 再令{}12max ,N N N =,故当n N >时,由上述不等式知121 (2222)n a a a n N a n n εεεεε+++--≤+⋅<+=. 所以 12...lim nn a a a a n→∞+++=. 例 2.1.3 求7lim !nn n →∞.解:7lim 0!nn n →∞=. 事实上,7777777777771......!127817!6!n n n n n n=⋅⋅⋅≤⋅=⋅-. 即77710!6!n n n-≤⋅. 对0ε∀>,存在7716!N ε⎡⎤=⋅⎢⎥⎣⎦,则当n N >时,便有77710!6!n n nε-≤⋅<,所以7lim 0!n n n →∞=. 注:上述例题中的7可用c 替换,即()lim 00!nn c c n →∞=>.2.2 极限运算法则法我们知道如果每次求极限都用定义法的话,计算量会太大.若已知某些极限的大小,用定理1.2.1就可以简化数列极限的求法.例2.2.1 求11101110...lim ...m m m m k k n k k a n a n a n a b n b n b n b ---→∞-++++++++,其中00m k m k a b ≤≠≠,,.解:分子分母同乘k n -,所求极限式化为1111011110...lim ...m k m k k km m k kn k k a n a n a n a n b b n b n b n ---------→∞-++++++++.由()lim 00n n αα-→∞=>,知, 当m k =时,所求极限等于mma b ;当m k <时,由于()00m k n n -→→,故此时所求极限等于0.综上所述,得到11101110,...lim ....0,mmm m m m k k n k k a k ma n a n a n ab b n b n b n b k m---→∞-⎧=++++⎪=⎨++++⎪>⎩例2.2.2 求lim 1n n n a a →∞+,其中1a ≠-. 解: 若1a =,则显然有1lim 12n n n a a →∞=+; 若1a <,则由lim0n n a →∞=得 ()lim lim /lim 101nn n n n n n a a a a →∞→∞→∞=+=+; 若1a >,则11lim lim 111101n n n n n a a a→∞→∞===+++.2.3 夹逼准则求法定理1.2.5又称迫敛性,它不仅给出了判定数列收敛的一种方法,而且也提供了一个求极限的工具. 例2.3.1 求极限()()1321lim242n n n →∞⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅.解:因为21n n =>=-= 所以()()13210242n n ⋅⋅⋅⋅-<<=⋅⋅⋅⋅. 因 limn =,再由迫敛性知 ()()1321lim0242n n n →∞⋅⋅⋅⋅-=⋅⋅⋅⋅.例2.3.2 求数列的极限.解: 记1n n a h ==+,这里()01n h n >>,则 ()()2112n nn n n n h h -=+>,由上式得 )01n h n <<>,从而有111n n a h ≤=+≤ , (2)数列1⎧⎪⎨⎪⎩是收敛于1的,因对任给的0ε>,取221N ε=+,则当n N >时有11ε+<.于是,不等式(2)的左右两边的极限皆为1,故由迫敛性得1n=.例2.3.3设1a>及*k N∈,求limknnna→∞.解:lim0knnna→∞=.事实上,先令1k=,把a写作1η+,其中0η>.我们有()()()2221111...2nnn n nn na nnηηηη<==<--++++.由于()()22lim021nnnη→∞=≥-,可见nna⎧⎫⎨⎬⎩⎭是无穷小.据等式()1/kknn kn na a⎛⎫⎪=⎪⎝⎭,注意到1/1ka>,由方才所述的结果()1/n kna⎧⎫⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎩⎭是无穷小.最后的等式表明,knna⎧⎫⎨⎬⎩⎭可表为有限个(k个)无穷小的乘积,所以也是无穷小,即lim0knnna→∞=.2.4 单调有界定理求法有的时候我们需要先判断一个数列是否收敛,再求其极限,此时该方法将会对我们有很大帮助,我们来看几个例子.例2.4.1求例2.1.3注解中的()lim00!nnccn→∞=>.解:()lim00!nnccn→∞=>.事实上,令*!nn c x n N n =∈,.当n c ≥时,()11n nn cx x x n +=≤+. 因此{}n x 从某一项开始是递减的数列,并且显然有下界0.因此,由单调有界原理知极限lim n n x x →∞=存在,在等式()11n ncx x n +=+的等号两边令n →∞,得到00x x =⋅=,所以{}n x 为无穷小.从而()lim 00!nn c c n →∞=>.例2.4.2 求极限n n 个根号).解:设1n a =>,又由13a =<,设3n a <,则13n a +=<=. 因1n n a a +=>,故{}n a 单调递增. 综上知{}n a 单增有上界,所以{}n a 收敛. 令lim 13n n a a a →∞=≤≤,,由1n a += 对两边求极限得a =3a =.2.5 函数极限法有些数列极限可先转化为函数极限求可能很方便,再利用归结原则即可求出数列极限.例2.5.1 用函数极限法求例2.1.1,即求n 解:先求x 因ln ln lim1/0lim lim 1x aa xxx x x x a e ee →∞→∞→∞=====,再由归结原则知1n =.例2.5.2 用函数极限求例2.3.2,即求n 解:先求x .因ln ln lim0lim 1x xx xx x x e ee →∞→∞====,再由归结原则知1n =. 例2.5.3 用函数极限求例2.3.3,即设1a >及*k N ∈,求lim k n n na→∞.解:先求lim kx x x a→∞.因()1!lim lim .....lim 0ln ln k k k x x xx x x x kx k a a a a a -→∞→∞→∞====(由洛比达法则),再由归结原则知lim 0knn n a →∞=. 2.6 定积分定义法通项中含有!n 的数列极限,由于!n 的特殊性,直接求非常困难,若转化成定积分来求就相对容易多了. 例2.6.1求n →∞解:令y =11ln ln n i iy n n==∑.而()++1100011lim ln lim ln ln lim ln lim 1ln 1n n n i iy xdx xdx n n εεεεεε→∞→∞→→=====---=-⎡⎤⎣⎦∑⎰⎰, 也即ln lim 1n y →∞=-,所以1lim n n y e -→∞→∞==. 例2.6.2 求极限2sin sin sin lim ...1112n n n n n n n πππ→∞⎛⎫ ⎪+++ ⎪+ ⎪++⎝⎭. 解:因为22sinsin...sin sin sin sin ...11112nn n n n n n n nππππππ+++<+++++++2sinsin...sin 1nn n nπππ+++<+ , 2sin sin...sin 12limlim sin sin ...sin 1112lim sin sin ...sin n n n n nn n n n n n n n n πππππππππππππ→∞→∞→∞+++⎡⎤⎛⎫=⋅⋅+++ ⎪⎢⎥++⎝⎭⎣⎦⎡⎤⎛⎫=+++ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦12sin xdx πππ==⎰,类似地2sinsin...sin lim 1n nn n nπππ→∞++++ 22122lim sin sin ...sin 1n n n n n n ππππππ→∞⎡⎤⎛⎫=⋅⋅+++= ⎪⎢⎥+⎝⎭⎣⎦, 由夹逼准则知2sin sin sin 2lim ...1112n n n n n n n ππππ→∞⎛⎫⎪+++= ⎪+ ⎪++⎝⎭ . 注:在此式的求解中用到了放缩法和迫敛性. 2.7 Stoltz 公式法 Stoltz 公式,11limlim .n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==-在求某些极限时非常方便,尤其是当1nn k k y a ==∑时特别有效.例2.7.1 同例2.1.2,定理1.2.4(1)式证明. 证明:前面用N ε-定义法证明,现用Stoltz 公式证明.令12...,n n n y a a a x n =+++=,则由Stoltz 公式得到()()()1212121 (i)......lim 1n n n n n a a a na a a a a a n n →∞-→∞++++++-+++=--lim lim 1nn n n a a a →∞→∞===. 例2.7.2 求112...lim k k kk n n n +→+∞+++. 解: ()11112...lim lim 1k k k k k k k n n n n n n n +++→+∞→+∞+++=-- (Stoltz 公式) =()112111lim...1kk k k n k k n C n C n+-→+∞++-+-- (二项式定理)=11111k C k +=+. 2.8 几何算术平均收敛公式法上面我们用Stoltz 公式已得出定理1.2.4,下面我们通过例子会发*n,类型的数列极限可以用此方法来简化其求法.例2.8.1 同例2.1.1一样求n 其中0a >. 解:令123,...1n a a a a a =====,由定理1.2.4(2)知lim 1n n n a →∞==. 例2.8.2 同例2.3.2一样求n 解:令()112,3, (1)n na a n n ===-,,由定理1.2.4(2)知lim lim 11n n n n n a n →∞→∞===-. 例2.8.3 同例2.6.1相似求n .解:令()111nnn nnan n+⎛⎫=+=⎪⎝⎭,则()12312231234123nn nna a an+⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=()()11!!n nnnn nnn n n++=⋅.所以1nn+=,1nn=+,而由定理1.2.4(2)知1lim lim1nnn n na en→∞→∞⎛⎫==+=⎪⎝⎭.故lim11n n nn ne en n→∞==⋅=++.例2.8.3求n→∞.解:令()1,2,3...na n==,则由定理1.2.4(1)知1...lim lim1nn n nan→∞→∞+===.2.9 级数法若一个级数收敛,其通项趋于0(0n→),我们可以应用级数的一些性质来求数列极限,我们来看两个实例来领会其数学思想.例2.9.1用级数法求例2.1.3注()lim0!nnccn→∞>.解:考虑级数!nc n ∑,由正项级数的比式判别法,因()1lim /lim 011!!1n n n n c c cn n n +→∞→∞==<++, 故级数!nc n ∑收敛,从而()lim 00!n n c c n →∞=>. 例2.9.2 用级数法求例2.3.3,即设1a >及*k N ∈,求lim kn n n a→∞.解:考虑正项级数kn n a∑,由正项级数的比式判别法,因()11111lim/lim 1kkk n n n n n n n a a a n a+→∞→∞++⎛⎫=⋅=< ⎪⎝⎭, 故正项级数kn n a∑收敛,所以lim 0k n n n a →∞=. 例2.9.3 求极限()()222111lim ...12n n n n →∞⎡⎤+++⎢⎥+⎢⎥⎣⎦. 解: 因级数211n n ∞=∑收敛,由级数收敛的柯西准则知,对0ε∀>,存在0N >, 使得当n N >时,21221111nn k k k kε-==-<∑∑,此即()()222111...12n n n ε+++<+, 所以()()222111lim ...012n n n n →∞⎡⎤+++=⎢⎥+⎢⎥⎣⎦. 例2.9.4 求极限()212lim ...1n n n a aa a →∞⎛⎫+++> ⎪⎝⎭.解:令1x a=,所以1x <.考虑级数1n n nx ∞=∑, 因为()111lim lim1n n n n n nn x ax a nx ++→∞→∞+==<,所以此级数收敛.令 ()1nn s x nx ∞==∑,则()11n n s x x nx∞-==⋅∑.再令()11n n f x nx ∞-==∑,()1111xxn n n n xf t dt ntdt x x∞∞-=====-∑∑⎰⎰. 所以()()2111x f x x x '⎛⎫== ⎪-⎝⎭-. 而 ()()()()122111xa s x x f x x a --=⋅==--,所以()()122112lim ...1n n n a s x a a a a -→∞-⎛⎫+++== ⎪⎝⎭-. 2.10 其它方法除去上述求数列极限的方法外,针对不同的题型可能还有不同的方法,我们可以再看几个例子. 例2.10.1求(2limsin n →∞.解:对于这个数列极限可用三角函数的周期性.(()22limsin limsin n n n π→∞→∞==22lim sin lim sin n n →∞→∞==2sin 12π=.例2.10.2 设21101222nn a c c c a a +<<==+,,,证明:{}n a 收敛,并求其极限.解:对于这个极限可以先用中值定理来说明其收敛. 首先用数学归纳法可以证明 ()0,1,2...n a c n <<=. 事实上,102c a c <=<.假设01n a c <<<,则2210222222n n a c c c c ca c +<=+<+<+=.令()222c x f x =+,则()f x x '=.()()()111n n n n n n a a f a f a f a a ξ+--'-=-=⋅-=11n n n n a a c a a ξ--⋅-<-, (1)其中ξ介于n a 和1n a -之间.由于01c <<,再由(1)式知{}n a 为压缩数列,故收敛.设lim n n a l →∞=,则2c l c ≤≤. 由于2122nn a c a +=+,所以22,2022c l l l l c =+-+=.解得1l =(舍去),1l =综上知lim1n n a →∞=注:对于这个题可也以采用单调有界原理证明其极限的存在性.第三章 数列极限在现实生活中的应用3.1 几何应用-计算面积在论文开始时,我们已经简要介绍了利用极限求圆的面积,现在我们再来介绍如何求抛物线2x y =与两直线0y =和1x =所围的面积.先将区间[]0,1等分为n 个小区间11210,,...,1n n n n n-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦,,,,以这些小区间为底边,分别以2221210...n n n n -⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,,,,为高,作n 个小矩形. 这n 个小矩形的面积之和是()223111111nnn i i i A i n n n ==-⎛⎫=⋅=⋅- ⎪⎝⎭∑∑ =()()12331121116n i n n n i n n -=--⋅=∑=1111323n n ⎛⎫-- ⎪⎝⎭. 这样我们就定义一个数列{}n A ,对每个n A 而言,它都小于欲求的“面积”,但是这两者之间的差别不会大于长为1,宽为1n的矩形面积,即1n,所以,当n 越来越大时,n A 将越来越接近于欲求的“面积”,因此,我们可以定义此面积为1lim 3n n A →∞=.这种定义面积并求面积的方法简单又朴素,它同时孕育出了数学分析的一个重要组成部分:积分学. 3.2 求方程的数值解.目前的问题是如何用有理数来逼近220x -=的正根,所以我们的问题可以说成是求方程的“数值解”.把问题提得更一般一些.设0a >似值.00x >,在两个正数00,ax x 中,一定有一个大0x有理由指望这两个数的算术平均值10012a x x x⎛⎫=+ ⎪⎝⎭.事实上((22100000011120222a x x x a x x x x x ⎛⎫=+=+-=≥ ⎪⎝⎭.这表明:不论初值0x 如何,得出的第一次近似值1x 是过剩近似值.不妨设初值0x本身就是过剩近似值,因此000x x >>.由此得出((0100011022x x x x x ≤=≤. 这个不等式告诉我们:第一次近似值1x0x到.重复施行上述的步骤,便产生数列01...,...n x x x ,,,,其中 *1112n n n a x x n N x--⎛⎫=+∈ ⎪⎝⎭,,由(((12021110 (222)n n n n x x x x --≤≤≤≤≤,可见limn n x →∞=对于充分大的n ,数n x..取初值02x =(这是相当粗糙的近似值),反复迭代的结果是012345 2.0, 1.5, 1.41661.41425661.414213561.41421356x x x x x x ===⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅,,,,这已是相当精确的近似值. 3.3 市场经营中的稳定性问题投资者的交易行为是影响市场稳定性的重要因素,以股票为例,为尽量避免出现羊群行为,减少非理性投资,我们需要对股票的内在价值(即未来收入现金流的现值)有较清晰的认识,从而决定是该购买还是该售出,作出理性选择.现在我们来针对不同的模型确定股票相应的内在价值. 3.3.1 零增长模型假定股利增长率为0,因其内在价值如下()()()122112......1111t t t ti t t D D D D V i i i i ∞==++++=++++∑ . (1) (V -内在价值,D -股息(红利),i -贴现率), 现由假定知 1212......t n D D D D i i i i ========,,所以此时股票内在价值为()()()21......1+1+1+1+t tt D D D DV i i i i ∞==++++=∑ =1111lim111tt D i i D i i→∞⎛⎫⎛⎫- ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭=-+. (2) 知道股票的内在价值后,可求出其净现值()NPV ,即内在价值减去市场价格,也即:NVP V P =-.当0NVP >,该股票被低估,可买入;当0NVP <,被高估,不益购买. 例:某公司在未来无限期支付每股股利为8元,现价65元,必要收益率10%,评价该股票.解:利用(2)式结论可求得该股票的内在价值为: 880806515010%D V NVP V P i ====-=-=>,. 故该股票被低估,可以购买. 3.3.2 不变增长模型假定股利永远按不变增长率()g 增长,即 ()()101...1tt t D D g D g -=+==+,代入(1)式得此时内在价值为()()()()()0001111111111lim 11+1+11tttttt t t t D g g i i D g D g D D V gi g i gi i i∞∞→∞==⎛⎫++⎛⎫- ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭++⎝⎭=====+---+∑∑.(3)例:去年某公司支付每股股利1.80元.预计未来公司股票的股利按每年5%增长,假设必要收益率为11%,当每股股票价格为40元,评价该股票.解:利用(3)式的结论,由于()1 1.8015% 1.89D =⨯+=,可知股票内在价值 ()1.8015%31.5011%5%V ⨯+==-,故31.50400NVP V P =-=-<, 该股票被高估,建议出售. 3.4 购房按揭贷款分期偿还消费贷款的还款(即按揭)大多为年金方式,故存在一些年金计算问题.下面主要对购房分期付款的基本计算问题做一些简单分析.设P 表示总的房款金额,k 表示首次付款比例,i 表示年利率,n 表示分期付款(贷款)的总年数,R 表示每月底的还款金额,则有如下的价值方程()()12112n k P Ra -=,进一步有 ()()()()1212111212nnk P k i P R ia a --== . (4) 其中 21...nnn i n v a a v v v i-==+++=.上述是针对有限期限付清的情况,如果考虑永久期末年金:在每个付款期末付款1m上货币单位,直至永远.若将该年金的现值记为()m a ∞,则有计算公式()()()1211...lim m mm m m n n a v v a m i ∞→∞⎛⎫=++== ⎪⎝⎭. 代入(4)式即可.通过上述公式即可求出按不同还款方式每月底应还金额.第四章结论通过上述章节我们探讨了数列极限的求法并简要介绍了它在现实生活中的应用.我们知道极限是数学分析的基石,是微积分学的基础,可见数列极限是一种重要的极限类型.掌握数列极限的概念、性质和计算是学好函数极限和微积分的前提和基础,灵活巧妙的应用它,也可以使一些较为困难的实际问题迎刃而解.通过前面的例子我们知道求数列极限的方法灵活多样,给一些数学问题的讨论和计算带来极大的方便.对它的研究也使数学分析在经济领域和数学领域中发挥更大的作用.这在数学分析关于函数极限和微积分学的研究及其应用中都有非常重要的理论意义和应用价值.所以,国内外学者对数列极限的求法及其在实际应用的研究一直未中断,同时仍存在很多内容等待我们新时期的学术爱好者去探讨,去解决,去突破.※※※※※致谢经过几个月的忙碌和工作,毕业论文的写作已经接近尾声,作为一个本科生,由于经验的匮乏,在写作过程中难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的耐心指导,以及同学们的不断支持,想要完成这个论文是很难的.这里我尤其要感谢老师,因为在论文写作过程中,多亏了老师的亲切关怀和耐心的指导.从论文题目的选择到毕业论文的最终完成,老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持.我除了敬佩老师的专业水平外,他的治学态度和科研精神更是我永远学习的榜样.老师在修改我的论文期间,就连每处细小的错字、符号、字体格式等都能一一指出.我们都知道要学好数学关键是要有这种“追求准确”的精神,老师就是这种精神的成功践行者.老师的这种做学问的态度必将积极影响我今后的学习和工作.在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意,也祝老师身体健康,工作顺利,天天开心.在论文即将完成之际,我的心情很激动.从开始选题到论文的顺利完成,师长、同学、朋友给了我太多太多的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!我还要感谢含辛茹苦养育我长大的父母,谢谢您们!最后我还要感谢数理系和我的母校—郑州航空工业管理学院四年来对我的培养.参考文献1. 《数学分析题解精粹(第二版)》/钱吉林等主编—崇文书局,2009.2. 《数学分析教程(上册)》/常庚哲,史济怀编—高等教育出版社,2003.3. 《数学分析(上册第三版)》/华东师范大学数学系编—高等教育出版社,2007.4. 《数学分析第一册》/徐森林,薛春华编—清华大学出版社,2005.5. 《求数列极限的方法探讨》/郑允利—高等函数学报(自然科学版),2010年06期.6. 《两类数列极限的求法》/陈凌—科技创新导报,2010年第28期.7. 《谈谈极限的求法》/林瀚斌—大众商务,2009年第12期.8. 《高等数学中数列极限的几种求法》/周林—湖北广播电视大学学报,2008年第11期.9. 《求数列极限的几种方法》/李素峰—邢台学院学报,2007年02期.。
极限的计算毕业论文范文
1.极限计算1.左极限:Lim{x→0-}e^(1/x)=Lim{x→0-}e^(4/x)=0. Lim{x→0-}sinx/|x|=-1==> Lim{x→0-}{[2+e^(1/x)]/[1+e^(4/x)]+sinx/|x|}=1 2.右极限:Lim{x→0+}e^(-1/x)=Lim{x→0-}e^(-4/x)=0 Lim{x→0+}sinx/|x|=1==> Lim{x→0+}{[2+e^(1/x)]/[1+e^(4/x)]+sinx/|x|}= =Lim{x→0+}{e^(-3/x)][1+2e^(-1/x)]/[1+e^(-4/x)]+sinx/|x|}= =1。
==》Lim{x→0}{[2+e^(1/x)]/[1+e^(4/x)]+sinx/|x|}=1。
2.举例总结求极限的方法,我要写论文,格式要好点,好的追加分我大一摘要:数学分析很多概念都离不开极限,而求数列或函数的极限,是数学学习中遇到的比较困难的问题。
本文通过归纳和总结,从不同的方面罗列了它的几种求法。
?关键词:数列极限,函数极限,柯西准则,洛必达法则,泰勒展式,迫敛法则??1?数列极限??1。
1数列极限的(?-N)定义?设{na}为数列,a为定数。
若对任给的正数?,总存在正整数?N,使得当n>N时有?∣na—a∣N时,所有的点na,即无限多个点?123,,,NNNaaa???…都落在开区间(a-?,a ?)内,而只有有限个点(至多只有N个)在这区间以外。
?丽水学院2012届学生毕业论文??2?注1??上面定义中正数?可以任意给定是很重要的,因为只有这样,不等式∣na—a∣N时,不等式1!n=1(1)(2)1nnn??≤1n。
3.极限概念数学论文材料二:极限在高等数学中,极限是一个重要的概念。
极限可分为数列极限和函数极限,分别定义如下。
首先介绍刘徽的"割圆术",设有一半径为1的圆,在只知道直边形的面积计算方法的情况下,要计算其面积。
数列极限的求法及应用摘要
数列极限的求法及应用摘要数列极限是高等数学中的重要概念,它是描述数列中元素趋向的一个性质。
数列极限的求法主要有一般法、夹逼法和单调有界数列的收敛性质等方法。
数列极限的应用非常广泛,包括在微积分、实分析、概率论等数学领域,以及在物理、工程、经济等应用科学中都有重要应用。
一般法是求解数列极限的一种常用方法。
根据极限的定义,对于给定的数列{an},如果存在一个常数L,对于任意给定的ε(ε>0),都存在一个正整数N,当n>N 时,有an-L <ε成立,则称L是数列{an}的极限。
在使用一般法求解数列极限时,常常使用一些常见的极限性质,例如有理数列、等差数列、等比数列等常见数列的极限都可以利用极限性质进行求解。
通过一般法求解数列极限时需要观察数列的性质,利用已知的极限性质进行计算,是一种常见的求解方法。
夹逼法也是一种常用的求解数列极限的方法。
夹逼法是利用已知的两个数列的极限来求解目标数列的极限。
假设数列{an}总是位于两个已知的数列{bn}和{cn}之间,且{bn}和{cn}的极限都为L,那么当数列{an}的极限存在时,其极限也必然为L。
通过夹逼法求解数列极限时,通常需要找到一个适当的数列{bn}和{cn},使得数列{an}恒大于等于{bn}且恒小于等于{cn},从而可以利用已知的{bn}和{cn}的极限性质来求解目标数列{an}的极限。
另外,对于单调有界的数列,存在一个重要的性质——单调有界数列的极限存在。
具体来说,如果数列{an}是单调递增或者单调递减的,并且数列{an}有界,那么数列{an}的极限一定存在。
这是因为单调有界数列具有单调性和有界性,使得数列的极限一定存在,并且可以通过已知的单调性和有界性求解出极限的值。
数列极限的应用非常广泛,其中包括微积分、实分析、概率论等数学领域。
在微积分中,数列极限是无穷级数收敛性的基础,通过研究数列极限的性质可以进一步推导出级数的收敛性。
同时,数列极限还可以用于研究函数的收敛性,例如利用数列极限可以证明函数在某一点的极限存在,从而进一步展开对函数极限的研究。
浅谈极限的求解方法毕业论文
浅谈极限的求解方法毕业论文1000字一、引言极限是微积分中最基本的概念之一,也是微积分理论的重要组成部分。
求极限可以帮助我们对函数的性质有更全面的了解,进而掌握一些更深入的微积分及数学分析知识。
本文将从定义、性质和求解方法三个方面进行讨论,希望能够帮助读者深入理解极限的概念和应用。
二、极限的定义在微积分中,极限是用来描述一个函数在某一点处的趋势性质的。
一般来说,我们将自变量不断逼近某一个值时,对应的函数值是否会逐渐趋近于一个确定的数,就称这个数为函数在该点的极限。
严格来说,极限的定义应该满足以下要求:(1)函数在无穷远点时也应有极限;(2)左极限等于右极限;(3)如果函数有极限,那么极限值应该是唯一确定的。
三、极限的性质(1)极限的唯一性:如果一个函数在某一点处有极限,那么它的极限值应该是唯一的。
这个性质可以通过反证法来证明。
假设一个函数f在某一点x0处有两个不同的极限L1和L2,那么我们就可以得到一个矛盾。
如果L1≠L2,那么我们就可以找到一个足够小的邻域,使得f(x)与L1的距离和f(x)与L2的距离之和小于某一个正数e。
但这与L1和L2不相等的前提矛盾,即假设不成立。
(2)局部有界性:如果一个函数在某一点x0处有极限,那么它在该点的某个邻域内是有界的。
因为如果函数在x=x0处有极限,那么意味着随着x越来越靠近x0,f(x)与L的差距会越来越小,也就是说函数值的范围将会越来越集中在一个很小的区域内。
(3)保号性:如果一个函数在某一点x0处有极限且不等于0,那么在该点的某个邻域内,函数与极限值之间的关系将会有一个明确的规律。
具体来说,如果极限值L>0,那么在一个充分小的邻域内,函数值将始终大于0;如果极限值L<0,那么在一个充分小的邻域内,函数值将始终小于0。
四、极限的求解方法(1)初值法:初值法又称数列逼近法,是一种基本的极限求解方法。
这个方法的具体过程是,我们先找到一个充分靠近极限的初始点,然后不停地不断逼近目标值,直到误差达到所需精度。
数列极限求法及其应用
数列极限的求法及其应用内容提要数列极限可用Nε-语言和A N-语言进行准确定义,本文主要讲述数列极限的不同求法,例如:极限定义求法、极限运算法则法、夹逼准则求法、单调有界定理求法、函数极限法、定积分定义法、Stoltz 公式法、几何算术平均收敛公式法、级数法、收缩法等等.我们还会发现同一数列极限可用不同方法来求.最后我们还简要介绍了数列极限在现实生活中的应用,如几何中推算圆面积,求方程的数值解,研究市场经营的稳定性及购房按揭贷款分期偿还问题.通过这些应用使我们对数列极限有一个更系统立体的了解.关键词ε-定义;夹逼准则;Stoltz公式;函数极限NOn the Solutions and the Applications as to the Sequence LimitAbstractThe limit of a sequence can be accurately defined by Nε-language and A N-language. This paper mainly describes different solutions to finding sequence limit, for example, definition of sequence limit method, fundamental operations of sequence limit method, squeezing law method, the monotone convergence theorem method, function limits method, definite integrals definition method, Stoltz formula method, geomeric and arithmetic convergence formula method, series method, contraction method, etc. We'll also find that different methods can be used to solve the same limit.Finally, we also briefly introduce the applications of sequence limit in real life, such as, infering the area of a circle in geometry, finding the numerial solution of equations, studying the stability of the market operation and the amortization problems of purchase mortgage loans.Key Wordsε-definition; Squeezing law; Stoltz formula; Function limits N目录第一章数列极限的概念 (1)1.1 数列极限的定义及分类 (1)1.2 数列极限求法的常用定理 (2)第二章数列极限的求法 (4)2.1 极限定义求法 (4)2.2 极限运算法则法 (6)2.3 夹逼准则求法 (7)2.4 单调有界定理求法 (8)2.5 函数极限法 (9)2.6 定积分定义法 (10)2.7 Stoltz公式法 (11)2.8 几何算术平均收敛公式法 (12)2.9 级数法 (13)2.10 其它方法 (15)第三章数列极限在现实生活中的应用 (17)3.1 几何应用-计算面积 (17)3.2 求方程的数值解 (18)3.3 市场经营中的稳定性问题 (19)3.3.1 零增长模型 (19)3.3.2 不变增长模型 (20)3.4 购房按揭贷款分期偿还 (21)第四章结论 (23)致谢 (24)参考文献 (24)数列极限的求法及其应用学号:071106132 作者:杨少鲜 指导老师:董建伟 职称:讲师第一章 数列极限的概念在研究数列极限解法之前,首先我们要清楚数列极限的定义.这是对数列极限做进一步深入研究的先决基础. 1.1 数列极限的定义及分类数列极限概念是由于求某些实际问题的精确解答而产生的.如,我国古代数学家刘徽(公元3世纪)利用圆内接正多边形来推算圆面积的方法—割圆术.因一系列圆内接正多边形的面积n A 在n 无限增大(n →∞)时,内接正多边形无限接近于圆,同时n A 也无限接近于某一确定的数,此时这一数值可精确表达圆的面积.在解决类似的实际问题中逐步的引出了数列极限.针对不同的数列极限我们对其定义将会有细微的不同,下面主要介绍两种定义:N ε-定义,A N -定义.定义1(N ε-语言):设{}n a 是个数列,a 是一个常数,若0ε∀>,∃正整数N ,使得当n N >时,都有n a a ε-<,则称a 是数列{}n a 当n 无限增大时的极限,或称{}n a 收敛于a ,记作lim n n a a →+∞=,或()n a a n →→+∞.这时,也称{}n a 的极限存在.定义2(A N -语言):若0A >,∃正整数N ,使得当n N >时,都有n a A >,则称+∞是数列{}n a 当n 无限增大时的非正常极限,或称{}n a 发散于+∞,记作lim n n a →+∞=+∞或()n a n →+∞→+∞,这时,称{}n a 有非正常极限.对于,-∞∞的定义类似,就不作介绍了.为了后面数列极限的解法做铺垫,我们先介绍一些常用定理. 1.2 数列极限求法的常用定理定理1.2.1(数列极限的四则运算法则) 若{}n a 和{}n b 为收敛数列,则{}{}{},,n n n n n n a b a b a b +-⋅也都是收敛数列,且有 ()()lim lim lim ,lim lim lim .n n n n n n n n n n nn n n a b a b a b a b →∞→∞→∞→∞→∞→∞±=±⋅=⋅若再假设0n b ≠及lim 0n n b →∞≠,则n n a b ⎧⎫⎨⎬⎩⎭也是收敛数列,且有 lim lim /lim n n n n n n n a a b b →∞→∞→∞⎛⎫= ⎪⎝⎭. 定理1.2.2(单调有界定理) 在实数系中,有界的单调数列必有极限.定理1.2.3(∞Stoltz 公式) 设有数列{}n x ,{}n y ,其中{}n x 严格增,且lim n n x →+∞=+∞(注意:不必lim n n y →+∞=+∞).如果11lim n n n n n y y a x x -→+∞--=-(实数,,+∞-∞),则 11lim lim .n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==- 定理1.2.3'(00Stoltz 公式) 设{}n x 严格减,且lim 0n n x →+∞=,lim 0n n y →+∞=.若11lim n n n n n y y a x x -→+∞--=-(实数,,+∞-∞),则11limlim n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==-.定理1.2.4(几何算术平均收敛公式) 设lim n n a a →∞=,则 (1)12 (i)nn a a a a n→∞+++=, (2)若()01,2,...n a n >=,则n a =. 定理1.2.5(夹逼准则)设收敛数列{}{},n n a b 都以a 为极限,数列{}n c 满足:存在正数0N ,当0n N >时,有 n n n a c b ≤≤,则数列{}n c 收敛,且limn n c a →∞=. 定理1.2.6(归结原则)设f 在()0;U x δ'内有定义.()0lim x xf x →存在的充要条件是:对任何含于()0;U x δ'且以0x 为极限的数列{}n x ,极限()lim n n f x →∞都存在且相等.第二章 数列极限的求法2.1 极限定义求法在用数列极限定义法求时,关键是找到正数N .我们前面一节的定理1.2.4(几何算术平均收敛公式)的证明就可用数列极限来证明,我们来看几个例子.例2.1.1 求n ,其中0a >. 解:1n =. 事实上,当1a =时,结论显然成立.现设1a >.记11na α=-,则0α>. 由 ()11111nn a n n a αα⎛⎫=+≥+=+- ⎪⎝⎭,得 111na a n--≤. (5) 任给0ε>,由(5)式可见,当1a n N ε->=时,就有11n a ε-<.即11na ε-<.所以1n =.对于01a <<的情况,因11a >,由上述结论知1n =,故 111n n ===. 综合得0a >时,1n =. 例2.1.2 定理1.2.4(1)式证明.证明:由lim n n a a →∞=,则0ε∀>,存在10N >,使当1n N >时,有 /2n a a ε-<,则()111211 (1)......n N N n a a a a a a a a a a a a n n++++-≤-++-+-++-. 令11...N c a a a a =-++-,那么121 (2)n a a a n N c a n n n ε+++--≤+⋅. 由lim0n cn→∞=,知存在20N >,使当2n N >时,有2c nε<. 再令{}12max ,N N N =,故当n N >时,由上述不等式知121 (2222)n a a a n N a n n εεεεε+++--≤+⋅<+=. 所以 12...lim nn a a a a n→∞+++=. 例 2.1.3 求7lim !nn n →∞.解:7lim 0!nn n →∞=. 事实上,7777777777771......!127817!6!n n n n n n=⋅⋅⋅≤⋅=⋅-. 即77710!6!n n n-≤⋅. 对0ε∀>,存在7716!N ε⎡⎤=⋅⎢⎥⎣⎦,则当n N >时,便有77710!6!n n nε-≤⋅<,所以7lim 0!n n n →∞=. 注:上述例题中的7可用c 替换,即()lim 00!nn c c n →∞=>.2.2 极限运算法则法我们知道如果每次求极限都用定义法的话,计算量会太大.若已知某些极限的大小,用定理1.2.1就可以简化数列极限的求法.例2.2.1 求11101110...lim ...m m m m k k n k k a n a n a n a b n b n b n b ---→∞-++++++++,其中00m k m k a b ≤≠≠,,.解:分子分母同乘k n -,所求极限式化为1111011110...lim ...m k m k k km m k kn k k a n a n a n a n b b n b n b n ---------→∞-++++++++.由()lim 00n n αα-→∞=>,知, 当m k =时,所求极限等于mma b ;当m k <时,由于()00m k n n -→→,故此时所求极限等于0.综上所述,得到11101110,...lim ....0,mmm m m m k k n k k a k ma n a n a n ab b n b n b n b k m---→∞-⎧=++++⎪=⎨++++⎪>⎩例2.2.2 求lim 1n n n a a →∞+,其中1a ≠-. 解: 若1a =,则显然有1lim 12n n n a a →∞=+; 若1a <,则由lim0n n a →∞=得 ()lim lim /lim 101nn n n n n n a a a a →∞→∞→∞=+=+; 若1a >,则11lim lim 111101n n n n n a a a→∞→∞===+++.2.3 夹逼准则求法定理1.2.5又称迫敛性,它不仅给出了判定数列收敛的一种方法,而且也提供了一个求极限的工具. 例2.3.1 求极限()()1321lim242n n n →∞⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅.解:因为21n n =>=-= 所以()()13210242n n ⋅⋅⋅⋅-<<=⋅⋅⋅⋅. 因 limn =,再由迫敛性知 ()()1321lim0242n n n →∞⋅⋅⋅⋅-=⋅⋅⋅⋅.例2.3.2 求数列的极限.解: 记1n n a h ==+,这里()01n h n >>,则 ()()2112n nn n n n h h -=+>,由上式得 )01n h n <<>,从而有111n n a h ≤=+≤ , (2)数列1⎧⎪⎨⎪⎩是收敛于1的,因对任给的0ε>,取221N ε=+,则当n N >时有11ε+<.于是,不等式(2)的左右两边的极限皆为1,故由迫敛性得1n=.例2.3.3设1a>及*k N∈,求limknnna→∞.解:lim0knnna→∞=.事实上,先令1k=,把a写作1η+,其中0η>.我们有()()()2221111...2nnn n nn na nnηηηη<==<--++++.由于()()22lim021nnnη→∞=≥-,可见nna⎧⎫⎨⎬⎩⎭是无穷小.据等式()1/kknn kn na a⎛⎫⎪=⎪⎝⎭,注意到1/1ka>,由方才所述的结果()1/n kna⎧⎫⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎩⎭是无穷小.最后的等式表明,knna⎧⎫⎨⎬⎩⎭可表为有限个(k个)无穷小的乘积,所以也是无穷小,即lim0knnna→∞=.2.4 单调有界定理求法有的时候我们需要先判断一个数列是否收敛,再求其极限,此时该方法将会对我们有很大帮助,我们来看几个例子.例2.4.1求例2.1.3注解中的()lim00!nnccn→∞=>.解:()lim00!nnccn→∞=>.事实上,令*!nn c x n N n =∈,.当n c ≥时,()11n nn cx x x n +=≤+. 因此{}n x 从某一项开始是递减的数列,并且显然有下界0.因此,由单调有界原理知极限lim n n x x →∞=存在,在等式()11n ncx x n +=+的等号两边令n →∞,得到00x x =⋅=,所以{}n x 为无穷小.从而()lim 00!nn c c n →∞=>.例2.4.2 求极限n n 个根号).解:设1n a =>,又由13a =<,设3n a <,则13n a +=<=. 因1n n a a +=>,故{}n a 单调递增. 综上知{}n a 单增有上界,所以{}n a 收敛. 令lim 13n n a a a →∞=≤≤,,由1n a += 对两边求极限得a =3a =.2.5 函数极限法有些数列极限可先转化为函数极限求可能很方便,再利用归结原则即可求出数列极限.例2.5.1 用函数极限法求例2.1.1,即求n 解:先求x 因ln ln lim1/0lim lim 1x aa xxx x x x a e ee →∞→∞→∞=====,再由归结原则知1n =.例2.5.2 用函数极限求例2.3.2,即求n 解:先求x .因ln ln lim0lim 1x xx xx x x e ee →∞→∞====,再由归结原则知1n =. 例2.5.3 用函数极限求例2.3.3,即设1a >及*k N ∈,求lim k n n na→∞.解:先求lim kx x x a→∞.因()1!lim lim .....lim 0ln ln k k k x x xx x x x kx k a a a a a -→∞→∞→∞====(由洛比达法则),再由归结原则知lim 0knn n a →∞=. 2.6 定积分定义法通项中含有!n 的数列极限,由于!n 的特殊性,直接求非常困难,若转化成定积分来求就相对容易多了. 例2.6.1求n →∞解:令y =11ln ln n i iy n n==∑.而()++1100011lim ln lim ln ln lim ln lim 1ln 1n n n i iy xdx xdx n n εεεεεε→∞→∞→→=====---=-⎡⎤⎣⎦∑⎰⎰, 也即ln lim 1n y →∞=-,所以1lim n n y e -→∞→∞==. 例2.6.2 求极限2sin sin sin lim ...1112n n n n n n n πππ→∞⎛⎫ ⎪+++ ⎪+ ⎪++⎝⎭. 解:因为22sinsin...sin sin sin sin ...11112nn n n n n n n nππππππ+++<+++++++2sinsin...sin 1nn n nπππ+++<+ , 2sin sin...sin 12limlim sin sin ...sin 1112lim sin sin ...sin n n n n nn n n n n n n n n πππππππππππππ→∞→∞→∞+++⎡⎤⎛⎫=⋅⋅+++ ⎪⎢⎥++⎝⎭⎣⎦⎡⎤⎛⎫=+++ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦12sin xdx πππ==⎰,类似地2sinsin...sin lim 1n nn n nπππ→∞++++ 22122lim sin sin ...sin 1n n n n n n ππππππ→∞⎡⎤⎛⎫=⋅⋅+++= ⎪⎢⎥+⎝⎭⎣⎦, 由夹逼准则知2sin sin sin 2lim ...1112n n n n n n n ππππ→∞⎛⎫⎪+++= ⎪+ ⎪++⎝⎭ . 注:在此式的求解中用到了放缩法和迫敛性. 2.7 Stoltz 公式法 Stoltz 公式,11limlim .n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==-在求某些极限时非常方便,尤其是当1nn k k y a ==∑时特别有效.例2.7.1 同例2.1.2,定理1.2.4(1)式证明. 证明:前面用N ε-定义法证明,现用Stoltz 公式证明.令12...,n n n y a a a x n =+++=,则由Stoltz 公式得到()()()1212121 (i)......lim 1n n n n n a a a na a a a a a n n →∞-→∞++++++-+++=--lim lim 1nn n n a a a →∞→∞===. 例2.7.2 求112...lim k k kk n n n +→+∞+++. 解: ()11112...lim lim 1k k k kk k k n n n n n n n +++→+∞→+∞+++=-- (Stoltz 公式) =()112111lim ...1kk k k n k k n C n C n+-→+∞++-+-- (二项式定理)=11111k C k +=+. 2.8 几何算术平均收敛公式法上面我们用Stoltz 公式已得出定理1.2.4,下面我们通过例子会发*n,类型的数列极限可以用此方法来简化其求法.例2.8.1 同例2.1.1一样求n 其中0a >. 解:令123,...1n a a a a a =====,由定理1.2.4(2)知lim 1n n n a →∞==. 例2.8.2 同例2.3.2一样求n 解:令()112,3, (1)n na a n n ===-,,由定理1.2.4(2)知lim lim 11n n n n n a n →∞→∞===-. 例2.8.3 同例2.6.1相似求n .解:令()111nnn nnan n+⎛⎫=+=⎪⎝⎭,则()12312231234123nn nna a an+⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=()()11!!n nnnn nnn n n++=⋅.所以1nn+=,1nn=+,而由定理1.2.4(2)知1lim lim1nnn n na en→∞→∞⎛⎫==+=⎪⎝⎭.故lim11n n nn ne en n→∞==⋅=++.例2.8.3求n→∞.解:令()1,2,3...na n==,则由定理1.2.4(1)知1...lim lim lim1nn n nan→∞→∞→∞++===.2.9 级数法若一个级数收敛,其通项趋于0(0n→),我们可以应用级数的一些性质来求数列极限,我们来看两个实例来领会其数学思想.例2.9.1用级数法求例2.1.3注()lim0!nnccn→∞>.解:考虑级数!nc n ∑,由正项级数的比式判别法,因()1lim /lim 011!!1n n n n c c cn n n +→∞→∞==<++, 故级数!nc n ∑收敛,从而()lim 00!n n c c n →∞=>. 例2.9.2 用级数法求例2.3.3,即设1a >及*k N ∈,求lim kn n n a→∞.解:考虑正项级数kn n a∑,由正项级数的比式判别法,因()11111lim/lim 1kkk n n n n n n n a a a n a+→∞→∞++⎛⎫=⋅=< ⎪⎝⎭, 故正项级数kn n a∑收敛,所以lim 0k n n n a →∞=. 例2.9.3 求极限()()222111lim ...12n n n n →∞⎡⎤+++⎢⎥+⎢⎥⎣⎦. 解: 因级数211n n ∞=∑收敛,由级数收敛的柯西准则知,对0ε∀>,存在0N >, 使得当n N >时,21221111nn k k k kε-==-<∑∑,此即()()222111...12n n n ε+++<+, 所以()()222111lim ...012n n n n →∞⎡⎤+++=⎢⎥+⎢⎥⎣⎦. 例2.9.4 求极限()212lim ...1n n n a aa a →∞⎛⎫+++> ⎪⎝⎭.解:令1x a=,所以1x <.考虑级数1n n nx ∞=∑, 因为()111lim lim1n n n n n nn x ax a nx ++→∞→∞+==<,所以此级数收敛.令 ()1nn s x nx ∞==∑,则()11n n s x x nx∞-==⋅∑.再令()11n n f x nx ∞-==∑,()1111xxn n n n xf t dt ntdt x x∞∞-=====-∑∑⎰⎰. 所以()()2111x f x x x '⎛⎫== ⎪-⎝⎭-. 而 ()()()()122111xa s x x f x x a --=⋅==--,所以()()122112lim ...1n n n a s x a a a a -→∞-⎛⎫+++== ⎪⎝⎭-. 2.10 其它方法除去上述求数列极限的方法外,针对不同的题型可能还有不同的方法,我们可以再看几个例子. 例2.10.1求(2limsin n →∞.解:对于这个数列极限可用三角函数的周期性.(()22limsin limsin n n n π→∞→∞==22lim sin lim sin n n →∞→∞==2sin 12π=.例2.10.2 设21101222nn a c c c a a +<<==+,,,证明:{}n a 收敛,并求其极限.解:对于这个极限可以先用中值定理来说明其收敛. 首先用数学归纳法可以证明 ()0,1,2...n a c n <<=. 事实上,102c a c <=<.假设01n a c <<<,则2210222222n n a c c c c ca c +<=+<+<+=.令()222c x f x =+,则()f x x '=.()()()111n n n n n n a a f a f a f a a ξ+--'-=-=⋅-=11n n n n a a c a a ξ--⋅-<-, (1)其中ξ介于n a 和1n a -之间.由于01c <<,再由(1)式知{}n a 为压缩数列,故收敛.设lim n n a l →∞=,则2c l c ≤≤. 由于2122nn a c a +=+,所以22,2022c l l l l c =+-+=.解得1l =+,1l =综上知lim1n n a →∞=注:对于这个题可也以采用单调有界原理证明其极限的存在性.第三章 数列极限在现实生活中的应用3.1 几何应用-计算面积在论文开始时,我们已经简要介绍了利用极限求圆的面积,现在我们再来介绍如何求抛物线2x y =与两直线0y =和1x =所围的面积.先将区间[]0,1等分为n 个小区间11210,,...,1n n n n n-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦,,,,以这些小区间为底边,分别以2221210...n n n n -⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,,,,为高,作n 个小矩形. 这n 个小矩形的面积之和是()223111111nnn i i i A i n n n ==-⎛⎫=⋅=⋅- ⎪⎝⎭∑∑ =()()12331121116n i n n n i n n -=--⋅=∑=1111323n n ⎛⎫-- ⎪⎝⎭. 这样我们就定义一个数列{}n A ,对每个n A 而言,它都小于欲求的“面积”,但是这两者之间的差别不会大于长为1,宽为1n的矩形面积,即1n,所以,当n 越来越大时,n A 将越来越接近于欲求的“面积”,因此,我们可以定义此面积为1lim 3n n A →∞=.这种定义面积并求面积的方法简单又朴素,它同时孕育出了数学分析的一个重要组成部分:积分学. 3.2 求方程的数值解.目前的问题是如何用有理数来逼近220x -=的正根,所以我们的问题可以说成是求方程的“数值解”.把问题提得更一般一些.设0a >似值.00x >,在两个正数00,ax x 中,一定有一个大0x有理由指望这两个数的算术平均值10012a x x x⎛⎫=+ ⎪⎝⎭.事实上((22100000011120222a x x x a x x x x x ⎛⎫=+=+-=≥ ⎪⎝⎭.这表明:不论初值0x 如何,得出的第一次近似值1x 是过剩近似值.不妨设初值0x本身就是过剩近似值,因此000x x >>.由此得出((0100011022x x x x x ≤=-≤-. 这个不等式告诉我们:第一次近似值1x0x到.重复施行上述的步骤,便产生数列01...,...n x x x ,,,,其中 *1112n n n a x x n N x--⎛⎫=+∈ ⎪⎝⎭,,由(((12021110 (222)n n n n x x x x --≤≤≤≤≤-,可见limn n x →∞=对于充分大的n ,数n x..取初值02x =(这是相当粗糙的近似值),反复迭代的结果是012345 2.0, 1.5, 1.41661.41425661.414213561.41421356x x x x x x ===⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅,,,,这已是相当精确的近似值. 3.3 市场经营中的稳定性问题投资者的交易行为是影响市场稳定性的重要因素,以股票为例,为尽量避免出现羊群行为,减少非理性投资,我们需要对股票的内在价值(即未来收入现金流的现值)有较清晰的认识,从而决定是该购买还是该售出,作出理性选择.现在我们来针对不同的模型确定股票相应的内在价值. 3.3.1 零增长模型假定股利增长率为0,因其内在价值如下()()()122112......1111t t t ti t t D D D D V i i i i ∞==++++=++++∑ . (1) (V -内在价值,D -股息(红利),i -贴现率), 现由假定知 1212......t n D D D D i i i i ========,,所以此时股票内在价值为()()()21......1+1+1+1+t tt D D D DV i i i i ∞==++++=∑ =1111lim111tt D i i D i i→∞⎛⎫⎛⎫- ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭=-+. (2) 知道股票的内在价值后,可求出其净现值()NPV ,即内在价值减去市场价格,也即:NVP V P =-.当0NVP >,该股票被低估,可买入;当0NVP <,被高估,不益购买. 例:某公司在未来无限期支付每股股利为8元,现价65元,必要收益率10%,评价该股票.解:利用(2)式结论可求得该股票的内在价值为: 880806515010%D V NVP V P i ====-=-=>,. 故该股票被低估,可以购买. 3.3.2 不变增长模型假定股利永远按不变增长率()g 增长,即 ()()101...1tt t D D g D g -=+==+,代入(1)式得此时内在价值为()()()()()0001111111111lim 11+1+11tttttt t t t D g g i i D g D g D D V gi g i gi i i∞∞→∞==⎛⎫++⎛⎫- ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭++⎝⎭=====+---+∑∑.(3)例:去年某公司支付每股股利1.80元.预计未来公司股票的股利按每年5%增长,假设必要收益率为11%,当每股股票价格为40元,评价该股票.解:利用(3)式的结论,由于()1 1.8015% 1.89D =⨯+=,可知股票内在价值 ()1.8015%31.5011%5%V ⨯+==-,故31.50400NVP V P =-=-<, 该股票被高估,建议出售. 3.4 购房按揭贷款分期偿还消费贷款的还款(即按揭)大多为年金方式,故存在一些年金计算问题.下面主要对购房分期付款的基本计算问题做一些简单分析.设P 表示总的房款金额,k 表示首次付款比例,i 表示年利率,n 表示分期付款(贷款)的总年数,R 表示每月底的还款金额,则有如下的价值方程()()12112n k P Ra -=,进一步有 ()()()()1212111212nnk P k i P R ia a --== . (4) 其中 21...nnn i n v a a v v v i-==+++=.上述是针对有限期限付清的情况,如果考虑永久期末年金:在每个付款期末付款1m上货币单位,直至永远.若将该年金的现值记为()m a ∞,则有计算公式()()()1211...lim m mm m m n n a v v a m i ∞→∞⎛⎫=++== ⎪⎝⎭. 代入(4)式即可.通过上述公式即可求出按不同还款方式每月底应还金额.第四章结论通过上述章节我们探讨了数列极限的求法并简要介绍了它在现实生活中的应用.我们知道极限是数学分析的基石,是微积分学的基础,可见数列极限是一种重要的极限类型.掌握数列极限的概念、性质和计算是学好函数极限和微积分的前提和基础,灵活巧妙的应用它,也可以使一些较为困难的实际问题迎刃而解.通过前面的例子我们知道求数列极限的方法灵活多样,给一些数学问题的讨论和计算带来极大的方便.对它的研究也使数学分析在经济领域和数学领域中发挥更大的作用.这在数学分析关于函数极限和微积分学的研究及其应用中都有非常重要的理论意义和应用价值.所以,国内外学者对数列极限的求法及其在实际应用的研究一直未中断,同时仍存在很多内容等待我们新时期的学术爱好者去探讨,去解决,去突破.※※※※※致谢经过几个月的忙碌和工作,毕业论文的写作已经接近尾声,作为一个本科生,由于经验的匮乏,在写作过程中难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的耐心指导,以及同学们的不断支持,想要完成这个论文是很难的.这里我尤其要感谢老师,因为在论文写作过程中,多亏了老师的亲切关怀和耐心的指导.从论文题目的选择到毕业论文的最终完成,老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持.我除了敬佩老师的专业水平外,他的治学态度和科研精神更是我永远学习的榜样.老师在修改我的论文期间,就连每处细小的错字、符号、字体格式等都能一一指出.我们都知道要学好数学关键是要有这种“追求准确”的精神,老师就是这种精神的成功践行者.老师的这种做学问的态度必将积极影响我今后的学习和工作.在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意,也祝老师身体健康,工作顺利,天天开心.在论文即将完成之际,我的心情很激动.从开始选题到论文的顺利完成,师长、同学、朋友给了我太多太多的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!我还要感谢含辛茹苦养育我长大的父母,谢谢您们!参考文献1. 《数学分析题解精粹(第二版)》/钱吉林等主编—崇文书局,2009.2. 《数学分析教程(上册)》/常庚哲,史济怀编—高等教育出版社,2003.3. 《数学分析(上册第三版)》/华东师范大学数学系编—高等教育出版社,2007.4. 《数学分析第一册》/徐森林,薛春华编—清华大学出版社,2005.5. 《求数列极限的方法探讨》/郑允利—高等函数学报(自然科学版),2010年06期.6. 《两类数列极限的求法》/陈凌—科技创新导报,2010年第28期.7. 《谈谈极限的求法》/林瀚斌—大众商务,2009年第12期.8. 《高等数学中数列极限的几种求法》/周林—湖北广播电视大学学报,2008年第11期.9. 《求数列极限的几种方法》/李素峰—邢台学院学报,2007年02期.。
极限求解方法及应用论文
极限求解方法及应用论文极限求解方法是数学分析中的重要概念,用于研究一个函数在某一点或无穷远处的行为。
它在物理学、工程学以及经济学等领域中有广泛的应用。
首先,我们来讨论一下极限定义及其求解方法。
极限可以分为左极限和右极限。
设函数f(x)在a点的定义域中不存在函数值,当x无限接近于a时,如果f(x)的取值无限接近于一个确定的实数L,则称L为函数f(x)在x=a处的左极限,记作lim(x→a-) f(x) = L。
同理,如果当x无限接近于a时f(x)的取值无限接近于一个确定的实数L,则称L为函数f(x)在x=a处的右极限,记作lim(x→a+) f(x) = L。
当且仅当左极限等于右极限并且都存在时,函数f(x)在x=a处的极限存在,即lim(x→a) f(x) = L。
极限求解方法主要包括极限的基本四则运算法则、极限的夹逼定理、函数的连续性等。
极限的四则运算法则指出,对于两个函数f(x)和g(x)以及常数a和b,当lim(x→a) f(x)存在,lim(x→a) g(x)存在,那么:1. lim(x→a) [f(x) + g(x)] = lim(x→a) f(x) + lim(x→a) g(x)2. lim(x→a) [f(x) - g(x)] = lim(x→a) f(x) - lim(x→a) g(x)3. lim(x→a) [af(x)] = a * lim(x→a) f(x)4. lim(x→a) [f(x)g(x)] = lim(x→a) f(x) * lim(x→a) g(x)5. lim(x→a) [f(x)/g(x)] = lim(x→a) f(x) / lim(x→a) g(x)(前提是lim(x→a) g(x) 不为零)极限的夹逼定理是极限求解中常用的方法之一。
它描述了当一个函数夹在两个函数之间时,这个函数的极限等于这两个函数的共同极限,即:如果对于任意的x都有g(x) ≤f(x) ≤h(x),同时lim(x→a) g(x) = lim(x→a) h(x) = L,则lim(x→a) f(x) = L。
数列与数列极限的计算与应用
数列与数列极限的计算与应用数列是数学中的重要概念之一,广泛应用于各个领域。
数列的极限则是数列理论的重要组成部分,其使用极为广泛。
本文将探讨数列与数列极限的计算方法和应用。
一、数列的定义与性质数列是由一系列按照一定规律排列的数构成的。
通常用{an}或an表示,其中n为序号,an表示第n个数。
数列的性质包括趋势、周期、增减等。
例如,等差数列具有公差相等的特点,等比数列则是每项与前一项之比相等。
二、数列的计算方法1. 等差数列的计算等差数列{an}的通项公式为an = a1 + (n-1)d,其中a1为首项,d为公差,n为任意项数。
通过这个公式,我们可以轻松计算出等差数列中任意一项的值。
2. 等比数列的计算等比数列{an}的通项公式为an = a1 * r^(n-1),其中a1为首项,r为公比,n为任意项数。
利用这个公式,我们可以计算等比数列中任意一项的值。
3. 斐波那契数列的计算斐波那契数列是一个特殊的数列,其中的每一项都等于前两项之和。
例如,斐波那契数列的前几项为1, 1, 2, 3, 5, 8, 13等。
通过递推公式fn = fn-1 + fn-2,我们可以计算出斐波那契数列中任意一项的值。
三、数列极限的定义与计算数列极限描述了数列在无穷项时的趋势。
数列{an}收敛于A,即极限为A,表示为lim(n→∞)an = A。
如果数列在无穷项时趋向于某个常数A,则称该数列收敛于A;如果数列无法趋向于某个常数,即趋向于无穷大或无穷小,则称该数列发散。
数列极限的计算方法有多种,常见的有极限定义法、夹逼定理、洛必达法则等。
这些方法可根据具体数列的特点来选择合适的计算方法。
四、数列与应用领域1. 数学的数列应用数列在数学中有着广泛的应用,例如在微积分中,数列的极限与函数的极限紧密相关,通过研究数列的收敛性可以推导出函数的连续性、可导性等重要性质。
2. 经济学的数列应用数列在经济学中也有着重要的应用。
例如,经济增长率可以通过对经济数据的数列进行分析得出,利用数列的趋势和周期性,可以预测未来的经济发展。
求极限及几种方法论文
求极限的几种方法崔令坤摘要:极限概念与求极限的运算贯穿了高等数学课程的始终,掌握求极限的方法与技巧是高等数学的基础。
关键词:高等数学,极限方法能力。
定义:设函数()x f y =在点o x 的某个去心邻域内有定义,即存在()0lim x x f x A →=1.用极限定义求极限例1:(1) 用N ε-放法证明:1x =(2) 设12...lim nnx x x x x A n →∞+++=(1)证明:0ε∀>1ε< 记1α=此式可改写成:()()()221111 (2)1nnn n n n n n ααααα+++==++++≥+ 用到了二项展开式 得:0α<<≤=当1n >时至此要αε<ε< 即 241n ε>+故令241N ε=+,则n N >1αε=< 2) 证明:当A 为有限数时,1212......n nx A x A x A x x x A n n-+-++-+++-≤因为lim n x x A →∞=,故10,0N ε∀>∃> 使得,当n>N 时有2n x A ε-<从而,上式121 (2)n x A x A x A n N n n ε-+-++--≤+注意:这里112...N x A x A x A -+-++- 已为定数,因而20N >,当2n N >时,112 (2)2N x A x A x Aε-+-++-<于是,令{}12max ,N N N =,则n N >时12 (222)n x x x n N A n n εεεε++--<+<+=2.用Cauchy 准则证明极限: 例:设23sin1sin 2sin 3sin (2222)n n nx =++++试证{}n x 收敛, 证明:因为对0p ∀>有12111 (222)n p n n n n px x ++++-≤+++ 11111111111...12222212n p n n n+-+⎛⎫⎪⎛⎫+++≤=< ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪-⎝⎭0ε∀>,(只要1n ε<(即n ε>)),故令1N ε=,则n N >时,有n p n x x ε+-<,(){}0n p x ∀>收敛从而,结论得证。
浅谈极限的求解方法毕业论文
共17页第1页浅谈函数极限求解方法学生:陈智年指导老师:赵守江三峡大学理学院摘要:极限是数学分析的基础,数学分析的基本概念的表述,都可以用极限来描述.如函数在某点处导数的定义,定积分的定义,偏导数的定义,二重积分的定义,三重积分的定义,无穷级数的定义都是用极限来定义的.极限是研究数学分析的基本工具.极限是贯穿数学分析的一条主线.学好极限要从以下两个方面着手: 1)是考察所给函数是否存在极限;2)若函数存在极限,则考虑如何计算此极限.本文主要是对第二个问题即在极限存在的条件下,如何去求极限进行综述. 对于简单的极限的计算,利用定义求值或利用极限的四则运算法则求值都是可行的,但是对于一个比较复杂的极限的计算,例如的值时则不能直接采用一般的定义或者定理,即使采用洛必达法则也是比较繁琐的,然而用泰勒展示则计算简单多了,这就说明为一般地解决极限求值问题时,就必须利用有效有针对性的计算方法,对各个具体问题还要善于发现和利用其特点以简化手续.传统的极限的计算方法不下十几种,但具体到计算不同特征的极限时,究竟采用哪种方法,很多人总感到无从下手.只有将这些方法进行归纳总结,从而才可以针对不同特征的式子选择适当的计算方法,进而简化计算Abstract:Limit is the basis of mathematical analysis , the basic concepts of mathematical analysis of expression , can be used to describe the limit as a function definition derivative at some point , the definition of the definite integral , the definition of partial derivative , the definition of double integrals , triple integral definition , infinite series of definitions are used to define the limits of the limit is the basic tool to study the limits of mathematical analysis is a main theme throughout the mathematical analysis to learn the limits from the following two aspects is to investigate the function if there is a limit .If there is a limit function , then consider how to calculate this limit this article is the second question that under the conditions of the existence of the limit , how to find the limits are reviewed for a simple calculation of the limit of the use . define the limits of the evaluation or the use of four evaluation algorithms are feasible, but for a more complicated limit calculations, such asFind in coslimx when exxx values are not directly using the general definition or theorem, even with the Hospital's Rule is more complicated , however, Taylor shows the calculation is much simpler , which is generally described when the limit is evaluated to solve the problem , we must use effective targeted method of calculation for each specific issues but also good at finding and using its features to simplify procedures. The traditional method of calculating the limit of no less than a dozen, but when calculating the limits specific to different characteristics , whether using either method, a lot of people always feel unable to start . These methods will only be summarized, so that we can choose the appropriate method of calculation formulas for different characteristics , and thus simplify the calculation关键词:极限;极限的定义;极限的性质;罗必达法则;泰勒公式;单调有限法则;积分中值定理;拉格朗日中值定理共17页第2页Keywords :Limit; ultimate limits of nature; Luo's Rule; Taylor formula; monotonous limited law; integral mean value theorem; Lagrange mean value theorem与一切科学方法一样,极限法也是社会实践的产物。
数列极限计算函数极限的方法论文
数列极限计算函数极限的方法论文求极限不仅要准确理解极限的概念、性质和极限存在的条件,而且还要能准确地求出各种极限。
求极限的方法很多,针对学生的实际情况,本文从一类计算方法总结如下。
一、问题的提出引例1:计算()n3。
解:()n3 =[(1+)]2(1+)-1=e2。
本例中数列极限(1+)=e许多学生认为是由于(1+)n=e,但这种想法似是而非,严格地讲这是由(1+)x=e得出来的,同一个类型的例子基本上都是这样,由此可见x=e这个式子的正确使用是我们必须要掌握的。
引例2:证明(1+)x=e。
证:对于任意的x>1,有(1+)[x] +∞时,不等式左右两侧表现两个数列的极限(1+)n=e与(1+)n+1=e,再利用函数极限的夹逼定理得到(1+)x=e。
接下来我们重点了解一下能不能从数列极限(1+)n=e求函数极限(1+)[x]=e 。
研究数列极限和函数极限时,许多学生会想到海涅定理,根据海涅定理,(1+)[x]=e的充分必要条件是对于任意趋于+∞的数列{n }都有。
当xn=n时,数列{(1+)1,(1+)2,(1+)3+……(1+)n……},所以(1+)n=(1+)n=e。
当xn=n2时,数列={(1+)1,(1+)4,(1+)9,……(1+)n2……}是数列{(1+)n}的子列,所以(1+)[x]=(1+)n=e。
但是当 xn=时,数列{(1+)[xn]}={(1+)1,(1+)1(1+)1,(1+)2,…,(1+)},显然数列{(1+)n}是数列{(1+)[xn]}的子列,因此从逻辑上我们就不能直接用(1+)n=e得到(1+)[xn]= e,也就不能直接得到(1+)[x]=e,至于有的教材中直接将{(1+)[xn]} 认为是{(1+)n}的子列,则明显错误的。
二、得到的重要结果通过上面的分析,我们就可以提出下面的定理。
定理1 设f(x)在[a,+∞]上有定义,(a>0),如果存在数列{xn },{yn }满足对于任意x>=a,当n0,由于 xn= yn=a,所以存在n∈n+ (假设n≥a),当n>n时,就会有x-ax时,总可以找到满足 n0>n 且n0≤x≤n0+1,由条件可得xn≤f(x)≤yn,所以xn-a≤f(x)-a≤yn-a,于是f(x)-a≤max{xn-a,yn-a}<ε。
极限求法综述 毕业论文
毕业论文学生姓名学号学院数学科学学院专业数学与应用数学题目极限求法综述指导教师2010 年11 月摘要:极限一直是数学分析中的一个重点内容,而对数列极限的求法可谓是多种多样,通过归纳和总结,我们罗列出一些常用的求法。
本文主要归纳了数学分析中求极限的十四种方法, 1:利用两个准则求极限, 2:利用极限的四则运算性质求极限, 3:利用两个重要极限公式求极限, 4:利用单侧极限求极限,5:利用函数的连续性求极限, 6:利用无穷小量的性质求极限, 7:利用等价无穷小量代换求极限, 8:利用导数的定义求极限, 9:利用中值定理求极限, 10:利用洛必达法则求极限, 11:利用定积分求和式的极限,12:利用级数收敛的必要条件求极限, 13:利用泰勒展开式求极限, 14:利用换元法求极限。
关键词:夹逼准则, 单调有界准则, 函数的连续性,无穷小量的性质, 洛必达法则, 微分中值定理, 定积分, 泰勒展开式.Abstract:Mathematical analysis of the limit has been a focus of the content, while the series to Limit can be described as diverse, and concluded by induction, we set out the requirements of some commonly used method. This paper summarizes the mathematical analysis of fourteen methods of limit, 1: Limit of using two criteria, 2: the use of arithmetic nature of the limits of the Limit, 3: Limit use of two important limit of the Formula 4: Using a single side of the limit of limit, 5: Using the continuity of functions of limit, 6: the nature of the use of limit infinitesimals, 7: Substitution of equivalent limit Infinitesimal, 8: Using the definition of derivative of the Limit, 9: Using the value theorem of limit, 10: Using the Limit Hospital's Rule 11: the use of the definite integral summation type limit, 12: Convergence of the necessary conditions using the Limit, 13: Limit of using the Taylor expansion, 14: the use of Method substitution limit.Keywords:Squeeze guidelines, criteria for bounded monotone function continuity, the nature of infinitesimals, Hospital's Rule, Mean Value Theorem, definite integral, the Taylor expansion.目录一、引言……………………………………………………………………二、极限的求法………………………………………………………………2.1:利用两个准则求极限………………………………………………2.2:利用极限的四则运算性质求极限……………………………………2.3:利用导数的定义求极限………………………………………………2.4:利用两个重要极限公式求极限………………………………………2.5:利用级数收敛的必要条件求极限…………………………………2.6:利用单侧极限求极限………………………………………………2.7:利用函数的连续性求极限…………………………………………2.8:利用无穷小量的性质求极限………………………………………2.9:利用等价无穷小量代换求极限………………………………………2.10:利用中值定理求极限…………………………………………………2.11:洛必达法则求极限……………………………………………………2.12:利用定积分求和式的极限……………………………………………2.13:利用泰勒展开式求极限………………………………………………2.14:换元法求极限………………………………………………………结论………………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………………………数学分析中极限的求法综述一、引言:极限是分析数学中最基本的概念之一,用以描述变量在一定的变化过程中的终极状态。
求极限的方法本科生毕业论文
求极限的方法摘要求数列和函数的极限是数学分析的基本运算。
求极限的主要方法有用定义,四则运算,两边夹法则,函数连续性等。
除这些常规方法外,还有许多技巧,这些技巧隐含在函数的相关理论中,对这些技巧进行探讨归纳,不仅有教材建设的现实意义,而且便于解决极限相关问题。
在这里简单综述了一些常用的求极限的方法,目的在于大家更好地学习极限,并为以后的学习打下坚实的基础。
关键词极限洛必达法则重要极限等价无穷小The limit of the methodAbstract For the sequence and function limit is the basic operation mathematical analysis. The main methods used for limit definition, arithmetic, both sides clip law, function, continuity, etc. In addition to the conventional method, but there are many techniques that these skills implicit in the related theory, of the techniques discussed induction, not only have the practical significance of the construction of teaching material, and easy to solve the problems related to the limit. Here some commonly used article reviews for the limits of the method, the purpose is to you better learning limit, and for the future study and lay a solid foundation.Key word Limit L'Hospital Rule Important limit Equivalent infinitesimal引言 极限是研究变量变化趋势的基本工具,《数学分析》中许多基本概念,如连续,导数,定积分,无穷级数都是建立在极限的基础上,极限方法又是研究函数的一种最基本的方法,因此学好极限在高等数学学习中具有重要意义。
求极限的方法毕业论文.
毕业论文(设计)任务书目录摘要 (5)Astract: (6)一、................................................................. 引言 7二、相关定义与定理 (7)三、极限的几个重要性质 (10)1、收敛数列的一些性质 (10)2、函数极限的相关性质 (10)四、极限的方法与技巧及举例说明 (11)1、................................................... 积分定义法求极限 112、....................................................... 对数法求极限 113、............................................... 利用等价无穷小求极限 124、............................................. 利用两个重要极限求极限 125、......................................... 利用数列与级数的关系求极限 136、............................................... 利用泰勒展开式求极限 137、....................................................... 单调有界定理 14&递推关系法 (15)9、....................................................... 先求和后求限 1510、........................................................ 利用不等式 1611、........................................................ 洛必达法则 1612、中值定理法 (17)13、两边夹法则 (18)14、利用极限的四则运算法则求极限 (18)15、施笃兹(stolz)定理 (19)16、E uler 常数法 (19)五、总结 (20)参考文献 (20)致谢 (21)求极限的方法与技巧龙丽丽摘要:极限概念是高等数学中很重要的概念之一,其它所有的重要的数学概念如导数、定积分都是建立在极限概念的基础上的。
数列极限的计算与应用
数列极限的计算与应用数列是数学中一项重要的研究对象,数列的极限是数列中最基本的概念之一。
在数学中,极限是指函数在一个点上的趋近值,而数列的极限则是指数列中数值逐渐趋近于某一数值的过程。
数列极限的概念对于理解数列的特性及其应用问题具有极其重要的意义。
本文将从以下几个方面来探讨数列极限的计算方法和应用问题。
一、数列极限及其定义在数学中,数列极限可以定义为当数列的项无限接近于某一实数时,这个实数就是这个数列的极限。
如果一个数列的项在逐渐逼近某一实数,但不是趋近于无穷大或无穷小,那么这个数列就有极限。
数列的极限定义可进一步解释为:如果存在一个实数L,满足当数列项无限接近于L时,数列的值与L之间的差趋近于0,那么这个实数L就是这个数列的极限。
二、数列极限的计算方法对于一个有限数列,极限的计算比较简单,可以直接通过序号逐一计算,确定数列的极限。
对于无限数列,通常使用特定的数列极限计算方法。
其中一些数列极限方法包括:1.数列极限的夹逼定理夹逼定理是数列极限计算中最常用的方法之一。
夹逼定理用于计算不易处理的数列,通过将其夹在两个易处理的数列之间来确定其极限。
例如,对于一个数列{an},如果存在两个易处理的数列{bn}和{cn},满足当n趋近于无穷大时,bn ≤ an ≤ cn,且他们的极限相等,即lim(n→无穷大)bn = lim(n→无穷大)cn = L那么数列{an}的极限也是L,即:lim(n→无穷大)an = L2.数列极限的递推关系递推关系式是处理数列中各个项之间的关系时常用的方法。
递推关系式可以将数列的任意项表示成其前面的setItem关系式,其中setItem表示数列的第n项,setItem-1表示数列的第n-1项。
递推关系和初值可以用来计算数列的各项,并通过计算数列的有限项来确定其极限。
3.数列极限的变形变形是计算数列极限的另一个重要方法。
这种方法将复杂的数列变成易于处理的数列,并用已知数列的极限求出原数列的极限。
数学论文,数列极限的求法
(2016)届本科生毕业论文题目数列极限的求法专业数学与应用数学院系数理学院学号1208020108姓名* * *指导教师* * *答辩时间二0一六年五月论文工作时间2015年12月至2016年5月数列极限的求法学生:* * *指导老师:* * *摘要:从古至今, 在世界数学史上, 极限都扮演着重要的角色,是数学研究的基础.本论文研究数列极限的求法,主要就高等数学的范围内进行研究与分析.通过对国内外研究结果的琢磨,旨在通过对数列极限求法方法的整理与归类,加深对数列极限的理解与思考.通过查找文献,阅读资料,收集数据,调查分析,最后得出论文,分别从列举数列极限的定义、性质、定积分、极限存在条件、重要公式求极限方法、转化为函数极限方法等入手求数列极限.最后整理出数列极限不仅在实际生活中有着应用与帮助,而且对于教学工作也有着许多积极的意义.关键词:数列;极限;数列极限的性质Methods for Sequence LimitUndergraduate: Xue LiSupervisor: Luo ShoushuangAbstract: In the history of mathematics,limit, as the basis of mathematical research,has been playing an important rule since ancient time.This paper aims to research the metho ds for sequence limit,emphasizing the study and analysis of category of mathematics.I w ill compare the abroad and domestic research results to further understand mathematics by classifying methods for sequence limit.I will follow this way to find out methods fo r sequence limit:the first step is to gather information,read material,investegate the analy sis,and gain this paper,second step is to list its definition,character,definite integration,exi stence conditions,important formulas for sequence limit and ways to convert it into fun ctional limit,and finally I will illustrate its usage in daily life and its meanings in teach ing procedure.Keywords: Sequence;Limit;Character of Sequence Limit;Mathematical Ways目录绪论 (4)1 数列极限 (4)1.1数列极限的定义 (4)1.2数列极限的性质 (4)2数列极限的求法 (5)2.1利用定义求极限 (5)2.2利用数列性质求极限 (7)2.2.1用迫敛性求数列极限 (7)2.2.2利用极限的四则运算求极限 (8)2.3利用数列极限存在的条件求极限 (9)2.3.1利用单调有界定理求极限 (9)2.3.2利用柯西准则求数列极限 (11)2.4利用定积分求极限 (12)2.5利用级数求极限 (14)2.6利用重要的公式或转化为函数极限 (15)2.6.1重要极限公式 (15)2.6.2转化为函数极限 (15)3 中学数列极限的教学建议 (17)结论 (18)参考文献 (20)致谢 (21)绪论“无论是从历史的、发生的还是从系统的角度来看,数的序列都是数学的基石.可以说,没有数的序列就没有数学”(弗赖登塔尔,1993). 数列是高中数学的重要内容.它是诸多数学思想的学习载体. 由于数列具有丰富的现实背景,在解决现实问题中有着广泛的应用.因此,数列一直是普通高等学校招生考试重点考查的内容之一.数列是高中数学的重要内容,并且具有丰富的现实背景,在解决实际问题中有着广泛的应用.数列是初等数学与高等数学的重要衔接点,由于它既具有函数特征,又能构成独特的递推关系,使得它既与高中数学其他部分的知识有着密切的联系,又有自己鲜明的特征.所以其有着内容的丰富性、应用的广泛性和思想方法的多样性.[1本章共分四节,主要就数列极限、数列极限的求法、中学数列极限的教学建议、数列极限在现实生活中的应用进行了研究.第一部分为数列极限,第二部分为数列极限的求法,第三部分为中学数列的教学建议,第四部分为数列极限在现实生活中的应用.1 数列极限极限是高等数学的重要内容,它描述了变量在运动过程中变化趋势,是从有限认识到无限,从近似认识到精确,从量变认识到质变的必备的推理工具.数列极限又是极限的基础.1.1数列极限的定义定义1 设{}n a 为数列,a 为定数.若对任给的正数e ,总存在正整数N ,使得n N >时有n a a e -<,则称数列{}n a 收敛于a ,定数a 称为数列{}n a 的极限,并记作0lim n n a a ®=,或()n a a n?,读作“当n 趋于无穷大时,{}n a 的极限等于a 或n a 趋于a ”.若数列{}n a 没有极限,则称{}n a 不收敛,或称{}n a 为发散数列.定义2 任给0e >,若在();U a e 之外数列{}n a 中的项至多只有有限个,则称数列{}n a 收敛于极限a . 1.2数列极限的性质定理1.2.1(唯一性) 若数列{}n a 收敛,则它只有一个极限.定理 1.2.2(有界性) 若数列{}n a 收敛,则{}n a 为有界数列,即存在正数M ,使得对一切正整数n 有n a M £.定理1.2.3(保号性) 若lim 0n n a a=>(或0<),则对任何()'0,a a Î (或()',0a a Î),存在正数N ,使得当n N >时有'n a a >(或'n a a <).定理1.2.4(保不等式性) 设{}n a 与{}n b 均为收敛数列.若存在正数0N ,使得当0n N >时有n n a b £,则lim lim n n n n a b£.定理1.2.5(迫敛性) 设收敛数列{}n a ,{}n b 都以a 为极限,数列{}n c 满足存在正数0N ,当0n N >时有n nn a c b #,则数列{}n c 收敛,且lim n n c a=.定理1.2.6(四则运算法则) 若{}n a 与{}n b 为收敛数列,则{}n n a b ±,{}n n a b ×也都是收敛数列,且有()lim lim lim n n n n n n n a b a b+=?,()lim lim lim n n n n n n n a b a b??.特别当n b 为常数c 时有()lim lim n n n n a c a c+=+,lim lim n n n n ca c a=.若在假设0n b ¹及lim 0n n b ¹,则n na b 禳镲镲睚镲镲铪也是收敛数列,且有lim lim lim n n n n n n n a a b b=.1.3数列极限存在的条件定义3(单调数列)若数列{}n a 的各项满足关系式()11n n n n a a a a ++3,则称{}n a 为递增(递减)数列.递增数列和递减数列统称为单调数列.定理1.3.1(单调有界定理) 在实数系中,有界的单调数列必有极限.定理 1.3.2(柯西收敛准则) 数列{}n a 收敛的重要条件是对任给的0e >,存在正整数N ,使得当,n m N >时有n m a a e -<.定理1.3.3 数列{}n a 收敛的重要条件是{}n a 的任何非平凡子列都收敛.[2]2数列极限的求法不同类型的极限问题,用不同的方法解决.在学习数列极限时,只有不断总结,不断完善知识理论和结构,才能在解题中对症下药,有所发现,有所创新.2.1利用定义求极限对一些较为简单的极限问题,可以通过观察得出数列的极限,再用定义证明.其步骤如下第一步 观察当n 无限趋于无穷大时,n a 的变化趋势是接近于常数a ; 第二步 0e ">,求出使n a a e -<成立的n 所要满足的条件——寻找N ; 第三步 取出N ,由定义得lim n n a a=.例1 求lim n n a(其中1a >).解 观察当n 无限趋于无穷大时,n a 的变化趋势是接近于常数 1.令11na λ-=,则0λ>.由伯努利不等式可推得111na a n--?(1)或()11111nn a n n a λλ⎛⎫=+≥+=+- ⎪⎝⎭.对0ε∀>,由()1式可见,取1a N e 轾-犏=犏臌,当n N >时,就有11na e -<,即11na e -<.由数列极限的定义,有lim 1n n a=.[3]例2 用-N e 方法求lim 1n n n+.解 观察当n 无限趋于无穷大时,n a 的变化趋势是接近于常数1.令n 11n t +=+则0t >,因为()11nn t +=+()211...2n n t nt -?++()212n n t -³, 所以11n n +-t =()()211n n n +£-()41nn n £-21n £-,所以0e ">,取241N e =+,则当n N >时,有11n +-21n e ?-,所以lim 1=1n n+.例3 证明数列()11n nn 禳镲-睚镲+镲铪发散. 证明 当n 为奇数时,()l i m 1l i m 111nn n n nn n-=-=-++.当n 为偶数时,()lim 1lim 111nn n n n n n-==++.由定理1.3.3知数列()11n nn 禳镲-睚镲+镲铪发散. 小结 长期以来的教学实践表明,对于初学者,极限的 -N e 定义很抽象一般来说,用定义求数列极限局限性很大,它并不是求极限的好办法,更多地被应用于极限值的相关证明.[2]2.2利用数列性质求极限2.2.1用迫敛性求数列极限迫敛性是极限的基本性质,给出了数列存在的一个条件,同时提供了一个计算极限的方法.利用迫敛性求极限的关键或难点在于寻找不等式两端具有同一极限的式子.利用迫敛性定理求数列极限的关键在于寻找到合适的上下界数列,使得原数列被控制在这两个新数列之间的同时,两个新数列趋于同一个值.因此,由迫敛性定理即可求得原始数列的极限.例4 若123,,,m a a a a 鬃?为m 个正数,求123n n n nn ma a a a +++⋅⋅⋅+的极限(其中n ).解 设{}12max ,,,p m a a a a =鬃?,1pm #,则有123n n n n nn nnnp m p a a a a a ma ?++鬃??,即1123n n n nnnp mpa aa a a m a ?++鬃??. 又因为1lim np p n m a a=,而{}12max ,,,p m a a a a =鬃?,因此{}12312lim max ,,,n n n nn m m n a a a a a a a+++鬃?=鬃?.[2]例5 求数列222111lim 12n n n n n骣÷ç÷ç++鬃?÷ç÷ç桫+++的极限. 解 由放缩法可知22222111121n nn n n n n n n ?+鬃??+++++. 因为211limlimlim 1111n n n n n n nn===+++,22211lim lim 1111lim 111n n nn n n n ===+++.由迫敛性知222111lim 112n n n n n 骣÷ç÷ç++鬃?=÷ç÷ç桫+++.[2]小结 利用迫敛性求极限的关键是,将所求极限的数列适当地放大和缩小,使得放大 和缩小的两个新数列的极限值相等,则原数列的极限值存在且等于新数列的极限值.值得注意的是,这两个上下界数列的产生需要依据原始数列的特征进行放缩得到,一般会有一个方向比较容易得到,而另一个方向需要一定的代数变形.不过,归根究底,使用分析的基本语言而不是寻找上下限数列会是个更好的替代办法. 2.2.2利用极限的四则运算求极限极限的四则运算法则是两个数列的极限都存在,并且分母的极限还不等于0的情况下,当这两个条件都满足时,那么两个数列在和、差、积、商的极限和这两个数列的极限的和、差、积、商都相等;对于一个常数与一个数列的乘积的极限的情况,其结果等于这个常数与这个数列的极限的乘积;一个数列乘方的极限和这个数列极限的乘方也是相等的.例6 求2n 1321lim 222nn 骣-÷ç++鬃?÷ç÷ç桫.解 令 21321222n n S -=++鬃?, (2)则231113212222n n S +-=++鬃?, (3)由()()23-式,得211222122222n n S n +-=++鬃?-, 故得2121322n nn S --=--, 由极限的四则运算法则,得1121lim 3limlim 322n nn n n n S +-=--=.[2]例7 求1lim 1n n n-的极限. 解 因为1111=n n nn n n n n n---=,由极限的四则运算法则,得lim 11lim 1lim 1lim n n n n n n n n n n n n--==-,因当2n ³时,有111n nnn n =?<.由迫敛性得到1lim 1lim 1n n n n n n-==.所以,1lim 11n n n-=. 小结 在运用极限的四则运算求数列极限时应注意第一,对于分式来说,当其分母不等于0时,才能直接运用四则运算法则进行求解. 第二,对于无穷多个无穷小量来说,其和未必是无穷小量.2.3利用数列极限存在的条件求极限在研究比较复杂的数列极限问题时,通常先考察该数列是否有极限(极限的存在性问题);若有极限,再考虑如何计算此极限(极限值的计算问题).这是极限理论的两个基本问题.在实际应用中,解决了数列{}n a 极限的存在性问题之后,即使极限值的计算较为困难,但由于当n 充分大时,n a 能充分接近其极限a ,故可用n a 作为a 的近似值.为了确定某个数列是否存在极限,当然不可能将每个实数依照定义一一验证,根本的办法是直接从数列本身的特征来做出判断.首先讨论数列单调性,其定义与单调函数相仿.若数列{}n a 的各项满足关系式()11n n n n a a a a ++常.则称{}n a 为递减(递增)数列.递增数列和递减数列统称为单调数列.[2] 2.3.1利用单调有界定理求极限例8 证明若0n a >,且1lim1nn n a l a+=>,则lim 0n n a =.证明 1lim1n n n a l a+=>,对任何()1,a l Î,存在正数N ,当n N >时,有11n n aa a >>+, 即n N >时,1n n a a +>.又因为0n a >对所有n 成立,则n N >时,{}n a 单调有界.根据单调有界定理,{}1,,N N a a +鬃?的极限存在,所以{}n a 得极限存在.可得出数列收敛.设lim ,0n n n a a a=>,由极限的保号性知lim 0n n a a=?.若0a ¹,则11lim lim1lim nn n n n n n a a a l a a a++===?,矛盾.因此0a =,即lim 0n n a =. 例9 证明数列22+22+2++2⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅,,,,收敛,并求其极限.证 记2+2++2n a =⋅⋅⋅⋅⋅⋅,,易见数列{}n a 是递增的.现用数学归纳法来证明{}n a 有上界显然122a =<.假设2n a <,则有12222n n a a +=+<+=,从而对一切n 有2n a <,即{}n a 有上界.由单调有界定理,数列{}n a 有极限,记为a .由于212n n a a +=+,对上式两边取极限得22a a =+,即有()()120a a +-=,解得1a =-或2a =.由数列极限的保不等式性,1a =-是不可能的,故有lim 2+2++22n →∞⋅⋅⋅=.[2]例10 证明1lim 1+nn n →∞⎛⎫⎪⎝⎭存在.证 先建立一个不等式.设0b a >>,对任一正整数n 有()()111n n n b a n b b a ++-<+-,整理后得不等式()11n n a b n a nb +>+-⎡⎤⎣⎦. (1) 以111a n =++,11b n =+代入(1)式.由于()()11111111n a nb n n n n ⎛⎫⎛⎫+-=++-+= ⎪ ⎪+⎝⎭⎝⎭,故有1111+1+1n nn n +⎛⎫⎛⎫> ⎪⎪+⎝⎭⎝⎭.这就证明了11n n ⎧⎫⎪⎪⎛⎫+⎨⎬ ⎪⎝⎭⎪⎪⎩⎭为递增数列. 再以1a =,112b n=+代入(1)式,得 ()()1111122n a nb n n n ⎛⎫+-=+-+= ⎪⎝⎭, 故有21111114222n nn n ⎛⎫⎛⎫>+⇒+< ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭. 上式对一切正整数n 都成立,即对一切偶数n 有11+4nn ⎛⎫< ⎪⎝⎭.联系到该数列的单调性,可知对一切正整数n 都有11+4nn ⎛⎫< ⎪⎝⎭,即数列11+n n ⎧⎫⎪⎪⎛⎫⎨⎬ ⎪⎝⎭⎪⎪⎩⎭有上界.于是由单调有界定理推知数列11+nn ⎧⎫⎪⎪⎛⎫⎨⎬ ⎪⎝⎭⎪⎪⎩⎭是收敛的. 小结 单调有界定理是极限理论中的一个重要定理,它在数学分析中常用于数列的收敛性,而且数列的单调有界定理与实数完备性也密切相关.[2] 2.3.2利用柯西准则求数列极限例11 利用柯西收敛准则,证明数列{}n a 收敛.其中222111123n a n=+++鬃?. 解 因为222111123n a n=+++鬃?,设n m >,则有 ()()()221111111n m a a n m m n n m -=+鬃?<+鬃?+-+ 111111211m m n n m n m=-+鬃?-=-<+-.对任给的0e >,取11N e 轾犏=+犏臌,则对一切n m N >>,有n m a a e -<.因此数列{}n a 满足柯西条件,由柯西收敛准则知,数列{}n a 收敛.[2]例12 按柯西收敛准则叙述数列{}n a 发散的充要条件,并用它证明下列数列{}n a 是发散的,(1)sin2n n a π=; (2)1112n a n=++⋅⋅⋅+. 证明 数列{}n a 发散的充要条件是 存在正数0ε,对任给的正整数N ,存在00,n m N >时,有000n m a a ε-≥.(1) 取1=2ε对任意0N >,都可找到,n m N >,使得sin =12n π,sin 02m π=(sin x 的周期性),于是0sin sin 122n m n m a a ππε-=-≥>,由数列{}n a 发散的充要条件得数列{}n a 发散.(2)因为21111 (1222)n n a a n n n n -=++>=+, 所以,0410>=∃ε0N ∀>,取1n N =+,都有2m n n N =>>,但是20n n a a ε->,所以{}n a 的发散.小结 柯西准则从理论上完全解决了数列极限存在性问题.它把N e -定义中n a 与a 的关系换成了n a 与m a 的关系,其好处在于无需借助数列以外的数a ,只需要根据数列本身的特征就可以鉴别其(收)敛(发)散性.[2]2.4利用定积分求极限定积分的定义定义4 设f 是定义在[],a b 上的一个函数,J 是一个确定的实数.若对任给的正数e ,总存在某一正数d ,使得对[],a b 的任一分割T ,以及在其上任意选取的点集{}i e ,只要T d <,就有()1ni i i f x J e e =D -<å,则称函数f 在区间[],a b 上可积或黎曼可积;数J 称为f 在[],a b 上的定积分或黎曼积分,记作()baJ f x dx =ò.其中,f 称为被积函数,x 称为积分变量,[],a b 称为积分区间,,a b 分别称为这个定积分的下限和上限.其中,设闭区间[],a b 上有1n -个分点,依次为0121n n a x x x x x b -=<<<鬃?<=,它们把[],a b 分成n 个小区间[]1,i i i x x -D =,1,2,,i n =鬃?.这些分点或这些闭子区间构成对[],a b 的一个分割,记作{}01,,,n T x x x =鬃?或{}12,,,n D D 鬃譊.小区间i D 的长度为1i i i x x x -D =-,并记{}1max i i nT x #=D ,称为分割T 的模.[2]利用定积分求lim n n a步骤()1通过恒等变形,将n a 化为特殊形式的积分和 11nn i i a f n n=骣÷ç=÷ç÷ç桫å. ()2寻找被积函数()f x 确定积分下限及上限,令ix n =,被积函数为()i f f x n骣÷ç=÷ç÷ç桫. 积分下限limn k a n=(k 为i 的第一个取值);积分上限 lim n mb n=(m 为i 的最后一个取值).()3根据定积分的定义,将lim n n a改写成定积分()11lim lim bnn n n i ai a f f x dx n n=骣÷ç==÷ç÷ç桫åò.()4计算定积分,得到所求极限为()()lim |bbn a n aa f x dx F x轾==臌ò,其中()()F x f x =.[4] 例13 求22222111lim 12n n n n n n →∞⎛⎫++⋅⋅⋅+ ⎪+++⎝⎭.解 22222111lim 12n n n n n n 骣÷ç++鬃?÷ç÷ç桫+++2221111lim 12n 111n n n n n 轾犏犏犏=++鬃?犏骣骣骣犏鼢?珑?+++鼢?珑?犏鼢?珑?桫桫桫臌12210111l i m 11nn i dx n x i n ===+骣÷ç+÷ç÷ç桫åò a r c t a n 1-a r c t a n 04p ==. 例14 求2sin sin sin lim 1112n n n n n n n πππ→∞⎛⎫ ⎪++⋅⋅⋅+ ⎪+ ⎪++⎝⎭的极限. 解 因为11sin 1sin1n ni i k k n n n n kp p ==W+邋,且右边是连续函数sin x p 在[]0,1上的积分和.所以有()10112sin sin n i k x dx n n p p p =?=åò. 另一方面有11sin 1sin 1n 1nn i i k n k n n n n kp ==匙++邋且 ()1011sin 12lim sin sin 1n 1n n n i i k n k n x n n n k p p p ==匙==++邋ò, 故由夹逼定理可知,原极限2p =.[5]例15 求抛物线2x y =与两直线0y =和1x =所围图形的面积.解 现将区间[]0,1等分为n 个小区间10n 轾犏犏臌,,121,,,,1n n n n -⎡⎤⎡⎤⋅⋅⋅⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦,以这些小区间为底边,分别以2221210,,,n n n n -⎛⎫⎛⎫⎛⎫⋅⋅⋅ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,为高,作n 个小矩形.这n 个小矩形的面积加在一起作为图形面积S 的近似值,即n S A ==()223111111nni i i i n n n ==骣-÷ç?-÷ç÷ç桫邋()()12331121116n i n n n i n n -=--==å1111323n n 骣÷ç=--÷ç÷ç桫. 这样,定义了一个数列{}n A ,对每个n A 而言,都小于欲求的“面积”,但是这两者之间的差距不会大于长为1,宽为1n 的矩形面积,即1n.所以,将区间[]0,1无限地细分,即当n时,n A S ®.最后,将计算图形的面积归结为求数列极限的问题,即1lim 3n n S A==.[6]小结 一般来说,若是n 项和式,当 n时,可考虑用定积分的概念来求极限.利用定积分求lim n n a关键为寻找被积函数;确定积分的下限a 及上限b .2.5利用级数求极限级数收敛的必要条件是若级数1n n u ¥=å收敛,则lim 0n n u=.即若级数1n n u ¥=å收敛,则当n无限增大时,它的一般项n u 必趋近于零.所以,若把所求之数列视为一个级数的通项,如果能判别此级数收敛,则此数列之极限必为零.例16 求2!lim n n n n n×.解 考察正项级数2!lim n n n n n×的收敛情况.因为1lim n n nuu + =()()1121!1lim 2!n n n n nn n n n ++ ?+×2lim11nn n=骣÷ç+÷ç÷ç桫lim 21lim 1n nn n=骣÷ç+÷ç÷ç桫21e=<. 由正项级数的比值审敛法,知级数12!n n n n n ¥=×å收敛,故由级数收敛的必要条件,得 2!lim 0n n n n n×=. 小结 此题如果不借助级数收敛的必要条件求解,则难以求出答案.[7]例17 求3lim !nn n .解 作级数13!nn n ¥=å,根据级数收敛的比试判别法可得()113!3lim lim lim011!31n n n n n n na n a n n =+=?=<++,所以级数13!nn n ¥=å收敛,从而有3lim 0!n n n =.[8]2.6利用重要的公式或转化为函数极限2.6.1重要极限公式重要极限公式1lim 1nn e n 骣÷ç+=÷ç÷ç桫. 例18 求21lim 1nn n 骣÷ç-÷ç÷ç桫. 解 21lim 1n n n 骣÷ç-÷ç÷ç桫()21lim 1x n x -? 骣÷ç=+÷ç÷ç桫-221lim 1x n e x --- 轾骣犏÷ç=+=÷ç犏÷ç桫-犏臌.小结 利用公式1lim 1nn e n骣÷ç+=÷ç÷ç桫求函数的极限时需注意的是数列极限的特点是“1”型. 例19 求1lim 11nn n 骣÷ç+÷ç÷ç桫+的极限. 解 11111lim 11111n n n n n n + 骣÷ç+÷ç÷ç骣桫+÷ç+=÷ç÷ç桫+++,11lim 11n n e n + 骣÷ç+=÷ç÷ç桫+,1lim1101n n+=?+, 由极限的四则运算法则得,1lim 111nn ee n 骣÷ç+==÷ç÷ç桫+. 例20设本金为0P ,年利率为r ,如果每年结算一次,则t 年末的本利和为()01tt P P r =+;如果每年结算m 次,每期利率为m r,则t 年末的本利和为()01mtt P P r =+;如果每年结算无穷多次,即连续复利,这时m ,则t 年末的本利和为000lim 11.rtmmtr rt t m r r P P P P e m m →∞⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥=+=+= ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦[6]2.6.2转化为函数极限归结原则(海涅定理)设f 在()0'0,U x d 内有定义.()0lim x x f x ®存在的必要条件是:对任何含于()0'0,U x d 且以0x为极限的数列{}n x ,极限()lim n n f x都存在且相等.海涅定理表明了函数极限与数列极限的关系.如果极限()0lim x x f x ®存在,{}n x 为函数()f x 的定义域内任意收敛于0x 的数列,且满足 0,n x x nN +刮,那么相应的函数值数列(){}n f x 必收敛,且()()0lim lim n n x x f x f x?=[9].洛必达法则若()()00lim ()0lim ()x x x x f x g x ==;()()f x g x 、在()00,U x d ()0x M M >>或,内可导,且'()0g x ¹;()()()0''lim x x f x A g x →=()¥或.则()()00''()()lim lim ()()x x x x f x f x A g x g x →→==. 对于()()00lim ()lim ()x x x x f x g x →→==∞,在满足相应的条件下,结论仍成立.说明 对于∞→x 这种情况,以上法则仍成立.[10]例21 求3sin lim 1ln 1n n n 骣÷ç÷ç÷ç桫骣÷ç+÷ç÷ç桫.解 令1x n=,因为n ,所以0x ®则有()()03sin sin 3lim lim 1ln 1ln 1n x x n x n ?骣÷ç÷ç÷ç桫=骣+÷ç+÷ç÷ç桫.()()sin 3limln 1x x x ®+03cos3lim11x xx®=+()0lim 31cos3x x x ®=+3113=创=. 因此,3sin lim 31ln 1n n n 骣÷ç÷ç÷ç桫=骣÷ç+÷ç÷ç桫.[11]例22 求112221lim 1ln 1nn e n n 骣÷ç-+÷ç÷ç桫骣骣÷ç÷ç÷ç+÷÷çç÷ç÷桫÷ç桫.解 令1x n=,因为n ,所以0x ®,则有112221lim 1ln 1nn e nn 骣÷ç-+÷ç÷ç桫骣骣÷ç÷ç÷ç+÷÷çç÷ç÷桫÷ç桫()()122012lim ln 1x x e x x ®-+=+. ()()12212limln 1xx e x x®-++()120212lim 21xx e x xx -®-+=+()()()3222212lim211xx e x xx -®++=-+()()()322220l i m 12121lim1xx x e x x x -®®++==-+,因此,112221lim11ln 1nn e n n →∞⎛⎫-+ ⎪⎝⎭=⎛⎫⎛⎫+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭.[12] 小结 洛必达法则是求几种未定式极限的一种重要方法,在使用时需注意(1)次法则仅适用于0""0和""¥¥型未定式,其他未定式"0"抓、""??、0"0"、0""¥、"1"¥都应该先变形转化为0""0或""¥¥型,再利用洛必达法则求解.(2)只要满足条件可以多次使用洛比达法则,但每次使用前都必须作检验,否则,就不能继续使用.(3)此法则的原理是分子和分母分别同时求导,不是对整个分式求导.(4)若遇到 ()()''lim n f x g x →∞不存在,不能由此断言 ()()lim n f x g x →∞也不存在,只能说洛比达法则失效,此时须用另外方法.[13]3 中学数列极限的教学建议数列是高中数学的重要内容,由于它既具有函数特征,又能构成独特的递推关系,使得它既与高中数学其他部分的知识有着密切的联系,又有自己鲜明的特征,函数思想贯穿于高中数学的始终.数列是一种离散函数,它是一种重要的数学模型.教学中,将等差数列、等比数列与一次函数、指数函数联系起来,有助于学生加深对一次函数、指数函数的认识,从而有助于学生从连续和离散两个角度认识函数,提高学生对函数思想的理解水平.在高中数学教科书中,并没有以函数的形式呈现数列的概念,对等差数列、等比数列的概念只要求从映射的角度与一次函数、指数函数相比较,作为了解;对于通项公式、前n 项和公式、单调性、周期性等一般性质则没有作安排.因此,教师在教学过程中,只能分散地不成系统地进行相应内容的补充.不过,这样的知识空白也给教师留下了自由发挥的空间.面对这样一个现状,教师如何选择教学内容,如何控制知识的广度、深度与难度并没有现成的标准与参照.通过对现高中学生的调查,并进行系列研究表明:(l)学生更易接受数列常规的表示方法;不同性质学校的学生在对概念及表示形式的理解上存在较大差异,高中生在数列的定义、数列与集合的关系、数列的表格表示法、映射表示法等各项指标上的理解均好于师范生;总体上看,男女生对数列概念的理解并无显著性差异.(2)学生对有规律的数列通项公式的存在性表示较大程度的认同;对有限数列中非等差、等比数列的通项公式、有限数列通项公式的不确定性、不确定的无限数列等的理解都存在不同程度的困难.从整体上看,在数列通项公式的理解上,师范生逊于高中生,男女生并无显著性差异.(3)整体上看,对等比数列求和公式推导过程所隐含的整体消项法的思想理解程度不高.在解决问题的能力上,高中生要好于师范生,男女生并无显著性差异.(4)多数学生并没有利用函数性质解决数列单调性问题的意识.总体上看,在对基本定义的理解与运用上,高中生好于师范生,但师范生解题的思路较为宽广,灵活性更强;男生好于女生,但在函数性质的运用上,男女生并无显著性差异.[14](1)中学生如何理解数列的通项公式?数列的通项公式是数列表示的最常见的方式之一,通项公式也是数列与函数联系的纽带和桥梁.在中学数学教学中,数列的通项公式常常以函数解析式的形式出现,并在这种表达方式下进行数列性质的研究.而这个状况,常常会使学生忽视数学通项公式的存在性、唯一性,也常常会使学生忽视连续函数与离散函数性质之间的区别.因此,研究学生对不同类别数列通项公式的存在性、唯一性的理解是教师在教学工作中应该着重考虑的.(2)中学生如何理解数列前n项和?数列前n项和是数学教学的重点与难点.对于单一型数列(等差数列、等比数列)而言,其通项公式的运用较为简单.本文拟研究等差数列与等比数列复合的综合型数列,从而获得学生对数列前n项和公式的理解程度.(3)中学生如何理解数列的单调性?数列作为特殊的函数,具有函数的一般性质.但由于数列是离散函数,又具有与一般连续函数性质不同的特性.因此,以单调性为例,研究学生对数列单调性的理解,区分利用定义与图像、导数不同方法解决单调性问题的有效性,追踪学生发生错误的原因,从而发现学生在知识迁移过程中存在的误区,增强学生数学学习的思辨能力,改进教育教学.[15]结论极限是高等数学中的重要组成部分,它是探究高等数学中其他问题的重要工具.研究极限问题的核心是极限的求法.因此,掌握极限的求法显得尤其的重要.在数列教学中,整体与局部思想、类比思想贯穿其中.等差数列与等比数列性质的类比,数列通项公式、前n项和公式、单调性与函数相应性质的类比,两个不同数列的四则运算与函数的四则运算数列的类比,数列的复合与函数的复合的类比,数列内部各项之间的局部关系与数列整体关系都是教学的重点与难点.以上总结的几种数列极限的求法.但是在做题时,应该注意多种方法的综合应用.对于不同的题目可以有多种方法的求解,在解题时应注意题目的特点,根据其特点,选择适当的方法.通过前面的例子我们知道求数列极限的方法灵活多样,给一些数学问题的讨论和计算带来极大的方便.对它的研究也使数学分析在经济领域和数学领域中发挥更大的作用.这在数学分析关于函数极限和微积分学的研究及其应用中都有非常重要的理论意义和应用价值.所以,国内外学者对数列极限的求法及其在实际应用的研究一直未中断,同时仍存在很多内容等待我们去探讨,去解决,去突破.参考文献[1] 万为国.一类单调数列极限的求法.商丘职业技术学院学报[N].2013(1-2).1-2.[2] 华东师范大学数学系.数学分析.第三版.北京高等教育出版社[M].2001.23-41.[3] 王金香.刘启才.关于极限求法之探究.宜春学院学报[J].2011,33 13-16.[4] 葛喜芳.数列极限的几种计算方法.北京工业职业技术学院学报[J].2013,12:63-65.[5] 李啸芳.刘家保.左学武.一类数列极限的几种常用方法.佛山科学技术学院学报[N].2015,14-18.[6] 李海英.赵建英.数列极限在实际中的应用.研究与开发[J],2013,09:24-25.[7] 陈凌.两类数列极限的求法.科技创新导报[J].2010,28:255-256.[8] 郑允利.求数列极限的方法探讨.高等函授学报(自然科学版)[J].2010,23:68-69.[9]曾祥远.程功任.李科赞.关于函数和数列极限的相关理论及计算方法的探讨.教育现代化[J].2015,10:253-256.[10] 王琦亮.贾建文.确定递推式数列收敛的几种方法.高等数学研究[J].2014,17 70-71.[11] 周彬.数列极限的几种求法.新课程学习[J].2009,4:114-115.[12] 郝祥晖.李坤花.极限的多种求法.宿州教育学院学报[J].2007,10 185-186.[13] 王竹英.极限的求法.高校理科研究[J].2008,36:250-251.[14] 王俊辉.高中生对数列的理解[D].上海,华东师范大学,2009.3-7.[15] 赵文燕.数列极限的几种求法.学科研究[J].2012,3:126-127.致谢本论文在***导师的悉心指导下完成的. 导师渊博的专业知识、严谨的治学态度,精益求精的工作作风,诲人不倦的高尚师德,严于律己、宽以待人的崇高风范,朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远.不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法,还使本人明白了许多为人处事的道理.本次论文从选题到完成,每一步都是在导师的悉心指导下完成的,倾注了导师大量的心血.在此,谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢!在写论文的过程中,遇到了很多的问题,在老师的耐心指导下,问题都得以解决.所以在此,再次对老师道一声老师,谢谢您!不积跬步何以至千里,本论文能够顺利的完成,也归功于各位任课老师的认真负责,使我能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得以体现.正是有了他们的悉心帮助和支持,才使我的毕业论文工作顺利完成,在此向绵阳师范学院,数学与计算机科学学院的全体老师表示由衷的谢意. 感谢他们四年来的辛勤栽培.* * *2016年5月。
求极限的方法 毕业论文
求极限的方法摘 要:本文系统地介绍了利用两个重要极限、无穷小量代换、洛比达法则、泰勒公式、定积分等求极限的方法,并结合具体的例子,指出了在解题过程中常遇见的一些问题。
关键词:极限、方法、类型、洛比达法则、定积分 一 引言高等数学是以函数为研究对象,以极限理论和极限方法为基本方法,以微积分学为主要内容的一门学科,极限理论和极限方法在这门课程中占有极其重要的地位。
高等数学许多深层次的理论及其应用都是极限的延拓和深化,如连续、导数、微积分等等都是由极限定义的,离开了极限的思想高等数学就失去了基础失去了价值,因此极限运算是高等数学的基本运算。
由于极限定义的高度抽象使我们很难用极限定义本身去求极限,又由于极限运算分布于整个高等数学的始终,许多重要的概念是由极限定义的。
极限知识是研究导数、各种积分、级数等的基本工具。
反过来,我们也可以利用这些概念来求一些极限,所以运算方法繁多。
针对这种情况,本文作者通过立体归纳总结出了如下常见的求极限的方法。
二 具体方法⒈利用函数极限的四则运算法则来求极限定理1①:若极限)(lim 0x f x x →和)(lim x g xx →都存在,则函数)(x f ±)(x g ,)()(x g x f ⋅当0x x →时也存在且①[])()()()(lim lim lim 0.0x g x f x g x f x x x x x →→→±=±②[])()()()(lim lim lim 0x g x f x g x f x x x x x x →→→⋅=⋅又若0)(lim 0≠→x g x x ,则)()(x g x f 在0x x →时也存在,且有 )()()()(lim lim lim 0x g x f x g x f x x x x x x →→→=利用极限的四则运算法则求极限,条件是每项或每个因子极限存在,一般所给的变量都不满足这个条件,如∞∞、00等情况,都不能直接用四则运算法则,必须要对变量进行变形,设法消去分子、分母中的零因子,在变形时,要熟练掌握饮因式分解、有理化运算等恒等变形。
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数列极限的求法及其应用2012年 9 月 28 日容提要数列极限可用Nε-语言和A N-语言进行准确定义,本文主要讲述数列极限的不同求法,例如:极限定义求法、极限运算法则法、夹逼准则求法、单调有界定理求法、函数极限法、定积分定义法、Stoltz 公式法、几何算术平均收敛公式法、级数法、收缩法等等.我们还会发现同一数列极限可用不同方法来求.最后我们还简要介绍了数列极限在现实生活中的应用,如几何中推算圆面积,求方程的数值解,研究市场经营的稳定性及购房按揭贷款分期偿还问题.通过这些应用使我们对数列极限有一个更系统立体的了解.关键词ε-定义;夹逼准则;Stoltz公式;函数极限NOn the Solutions and the Applications as to the SequenceLimitName: Yang NO. 07The guidance of teachers: Dong Titles: LecturerAbstractThe limit of a sequence can be accurately defined by Nε-language and A N- language. This paper mainly describes different solutions to finding sequence limit, for example, definition of sequence limit method, fundamental operations of sequence limit method, squeezing law method, the monotone convergence theorem method, function limits method, definite integrals definition method, Stoltz formula method, geomeric and arithmetic convergence formula method, series method, contraction method, etc. We'll also find that different methods can be used to solve the same limit.Finally, we also briefly introduce the applications of sequence limit in real life, such as, infering the area of a circle in geometry, finding the numerial solution of equations, studying the stability of the market operation and the amortization problems of purchase mortgage loans.Key Wordsε-definition; Squeezing law; Stoltz formula; Function limits N目录第一章数列极限的概念 (1)1.1 数列极限的定义及分类 (1)1.2 数列极限求法的常用定理 (2)第二章数列极限的求法 (4)2.1 极限定义求法 (4)2.2 极限运算法则法 (5)2.3 夹逼准则求法 (6)2.4 单调有界定理求法 (8)2.5 函数极限法 (9)2.6 定积分定义法 (10)2.7 Stoltz公式法 (11)2.8 几何算术平均收敛公式法 (12)2.9 级数法 (13)2.10 其它方法 (15)第三章数列极限在现实生活中的应用 (17)3.1 几何应用-计算面积 (17)3.2 求方程的数值解 (18)3.3 市场经营中的稳定性问题 (19)3.3.1 零增长模型 (19)3.3.2 不变增长模型 (20)3.4 购房按揭贷款分期偿还 (21)第四章结论 (23)致...................................... 错误!未定义书签。
参考文献 (24)数列极限的求法及其应用学号:071106132 作者:少鲜 指导老师:董建伟 职称:讲师第一章 数列极限的概念在研究数列极限解法之前,首先我们要清楚数列极限的定义.这是对数列极限做进一步深入研究的先决基础. 1.1 数列极限的定义及分类数列极限概念是由于求某些实际问题的精确解答而产生的.如,我国古代数学家徽(公元3世纪)利用圆接正多边形来推算圆面积的方法—割圆术.因一系列圆接正多边形的面积n A 在n 无限增大(n →∞)时,接正多边形无限接近于圆,同时n A 也无限接近于某一确定的数,此时这一数值可精确表达圆的面积.在解决类似的实际问题中逐步的引出了数列极限.针对不同的数列极限我们对其定义将会有细微的不同,下面主要介绍两种定义:N ε-定义,A N -定义.定义1(N ε-语言):设{}n a 是个数列,a 是一个常数,若0ε∀>,∃正整数N ,使得当n N >时,都有n a a ε-<,则称a 是数列{}n a 当n 无限增大时的极限,或称{}n a 收敛于a ,记作lim n n a a →+∞=,或()n a a n →→+∞.这时,也称{}n a 的极限存在.定义2(A N -语言):若0A >,∃正整数N ,使得当n N >时,都有n a A >,则称+∞是数列{}n a 当n 无限增大时的非正常极限,或称{}n a 发散于+∞,记作lim n n a →+∞=+∞或()n a n →+∞→+∞,这时,称{}n a 有非正常极限.对于,-∞∞的定义类似,就不作介绍了.为了后面数列极限的解法做铺垫,我们先介绍一些常用定理. 1.2 数列极限求法的常用定理定理1.2.1(数列极限的四则运算法则) 若{}n a 和{}n b 为收敛数列,则{}{}{},,n n n n n n a b a b a b +-⋅也都是收敛数列,且有()()lim lim lim ,lim lim lim .n n n n n n n n n n nn n n a b a b a b a b →∞→∞→∞→∞→∞→∞±=±⋅=⋅若再假设0n b ≠及lim 0n n b →∞≠,则n n a b ⎧⎫⎨⎬⎩⎭也是收敛数列,且有 lim lim /lim n n n n n n n a a b b →∞→∞→∞⎛⎫= ⎪⎝⎭. 定理1.2.2(单调有界定理) 在实数系中,有界的单调数列必有极限.定理1.2.3(∞Stoltz 公式) 设有数列{}n x ,{}n y ,其中{}n x 严格增,且lim n n x →+∞=+∞(注意:不必lim n n y →+∞=+∞).如果11lim n n n n n y y a x x -→+∞--=-(实数,,+∞-∞),则 11lim lim .n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==- 定理1.2.3'(00Stoltz 公式) 设{}n x 严格减,且lim 0n n x →+∞=,lim 0n n y →+∞=.若11lim n n n n n y y a x x -→+∞--=-(实数,,+∞-∞),则11limlim n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==-.定理1.2.4(几何算术平均收敛公式) 设limn n a a →∞=,则 (1)12 (i)nn a a a a n→∞+++=, (2)若()01,2,...n a n >=,则n a =. 定理1.2.5(夹逼准则)设收敛数列{}{},n n a b 都以a 为极限,数列{}n c 满足:存在正数0N ,当0n N >时,有 n n n a c b ≤≤,则数列{}n c 收敛,且limn n c a →∞=. 定理 1.2.6(归结原则)设f 在()0;U x δ'有定义.()0lim x xf x →存在的充要条件是:对任何含于()0;U x δ'且以0x 为极限的数列{}n x ,极限()lim n n f x →∞都存在且相等.第二章 数列极限的求法2.1 极限定义求法在用数列极限定义法求时,关键是找到正数N .我们前面一节的定理1.2.4(几何算术平均收敛公式)的证明就可用数列极限来证明,我们来看几个例子.例2.1.1 求n ,其中0a >. 解:1n =. 事实上,当1a =时,结论显然成立.现设1a >.记11na α=-,则0α>. 由 ()11111nn a n n a αα⎛⎫=+≥+=+- ⎪⎝⎭,得 111na a n--≤. (5) 任给0ε>,由(5)式可见,当1a n N ε->=时,就有11n a ε-<.即11na ε-<.所以1n =.对于01a <<的情况,因11a >,由上述结论知1n =,故111n n ===.综合得0a >时,1n =. 例2.1.2 定理1.2.4(1)式证明.证明:由lim n n a a →∞=,则0ε∀>,存在10N >,使当1n N >时,有 /2n a a ε-<, 则()111211 (1)......n N N n a a a a a a a a a a a a n n++++-≤-++-+-++-. 令11...N c a a a a =-++-,那么121 (2)n a a a n N c a n n n ε+++--≤+⋅. 由lim0n cn→∞=,知存在20N >,使当2n N >时,有2c nε<. 再令{}12max ,N N N =,故当n N >时,由上述不等式知121 (2222)n a a a n N a n n εεεεε+++--≤+⋅<+=. 所以 12...lim nn a a a a n→∞+++=. 例 2.1.3 求7lim !nn n →∞.解:7lim 0!nn n →∞=. 事实上,7777777777771......!127817!6!n n n n n n=⋅⋅⋅≤⋅=⋅-. 即77710!6!n n n-≤⋅. 对0ε∀>,存在7716!N ε⎡⎤=⋅⎢⎥⎣⎦,则当n N >时,便有77710!6!n n nε-≤⋅<,所以7lim 0!n n n →∞=. 注:上述例题中的7可用c 替换,即()lim 00!nn c c n →∞=>. 2.2 极限运算法则法我们知道如果每次求极限都用定义法的话,计算量会太大.若已知某些极限的大小,用定理1.2.1就可以简化数列极限的求法.例2.2.1 求11101110...lim ...m m m m k k n k k a n a n a n a b n b n b n b ---→∞-++++++++,其中00m k m k a b ≤≠≠,,.解:分子分母同乘k n -,所求极限式化为1111011110...lim ...m k m k k km m k k n k k a n a n a n a n b b n b n b n---------→∞-++++++++. 由()lim 00n n αα-→∞=>,知, 当m k =时,所求极限等于mma b ;当m k <时,由于()00m k n n -→→,故此时所求极限等于0.综上所述,得到11101110,...lim ....0,mmm m m m k k n k k a k ma n a n a n ab b n b n b n b k m---→∞-⎧=++++⎪=⎨++++⎪>⎩例2.2.2 求lim 1n n n a a →∞+,其中1a ≠-. 解: 若1a =,则显然有1lim 12n n n a a →∞=+; 若1a <,则由lim0n n a →∞=得 ()lim lim /lim 101nn n n n n n a a a a →∞→∞→∞=+=+; 若1a >,则11lim lim 111101n n n n n a a a→∞→∞===+++. 2.3 夹逼准则求法定理1.2.5又称迫敛性,它不仅给出了判定数列收敛的一种方法,而且也提供了一个求极限的工具. 例2.3.1 求极限()()1321lim242n n n →∞⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅.解:因为21n n =>=-= 所以()()13210242n n ⋅⋅⋅⋅-<<=⋅⋅⋅⋅. 因 limn =,再由迫敛性知 ()()1321lim0242n n n →∞⋅⋅⋅⋅-=⋅⋅⋅⋅. 例2.3.2 求数列的极限.解: 记1n n a h ==+,这里()01n h n >>,则 ()()2112n nn n n n h h -=+>,由上式得 )01n h n <<>,从而有111n n a h ≤=+≤ , (2)数列1⎧⎪⎨⎪⎩是收敛于1的,因对任给的0ε>,取221N ε=+,则当n N >时有11ε+<.于是,不等式(2)的左右两边的极限皆为1,故由迫敛性得1n =.例2.3.3 设1a >及*k N ∈,求lim kn n n a→∞.解:lim 0knn n a →∞=. 事实上,先令1k =,把a 写作1η+,其中0η>.我们有 ()()()22201111...2n n n n n n n a n n ηηηη<==<--++++. 由于()()22lim 021n n n η→∞=≥-,可见n n a ⎧⎫⎨⎬⎩⎭是无穷小.据等式 ()1/kkn n k n n a a ⎛⎫ ⎪= ⎪⎝⎭, 注意到1/1ka>,由方才所述的结果()1/nk n a ⎧⎫⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎩⎭是无穷小.最后的等式表明,k n n a ⎧⎫⎨⎬⎩⎭可表为有限个(k 个)无穷小的乘积,所以也是无穷小,即 lim 0knn n a →∞=. 2.4 单调有界定理求法有的时候我们需要先判断一个数列是否收敛,再求其极限,此时该方法将会对我们有很大帮助,我们来看几个例子.例2.4.1 求例2.1.3注解中的()lim 00!nn c c n →∞=>. 解:()lim 00!nn c c n →∞=>. 事实上,令*!nn c x n N n =∈,.当n c ≥时,()11n nn cx x x n +=≤+. 因此{}n x 从某一项开始是递减的数列,并且显然有下界0.因此,由单调有界原理知极限lim n n x x →∞=存在,在等式()11n ncx x n +=+的等号两边令n →∞,得到00x x =⋅=,所以{}n x 为无穷小.从而()lim 00!nn c c n →∞=>.例2.4.2 求极限n n 个根号).解:设1n a =>,又由13a =<,设3n a <,则13n a +=<=.因1n n a a +=>,故{}n a 单调递增. 综上知{}n a 单增有上界,所以{}n a 收敛. 令lim 13n n a a a →∞=≤≤,,由1n a += 对两边求极限得a =3a =. 2.5 函数极限法有些数列极限可先转化为函数极限求可能很方便,再利用归结原则即可求出数列极限.例2.5.1 用函数极限法求例2.1.1,即求n解:先求x ln ln lim1/0lim lim 1x aa xxxx x x a e ee →∞→∞→∞=====,再由归结原则知1n =.例2.5.2 用函数极限求例2.3.2,即求n解:先求x .因ln ln lim0lim 1x xx xx x x e ee →∞→∞====,再由归结原则知1n =. 例2.5.3 用函数极限求例2.3.3,即设1a >及*k N ∈,求lim k n n na→∞.解:先求lim kx x x a→∞.因()1!lim lim .....lim 0ln ln k k k x x xx x x x kx k a a a a a -→∞→∞→∞====(由洛比达法则),再由归结原则知lim 0knn n a →∞=. 2.6 定积分定义法通项中含有!n 的数列极限,由于!n 的特殊性,直接求非常困难,若转化成定积分来求就相对容易多了. 例2.6.1求limn n→∞. 解:令y n =,则11ln ln n i iy n n==∑.而()++1100011lim ln lim ln ln lim ln lim 1ln 1n n n i iy xdx xdx n n εεεεεε→∞→∞→→=====---=-⎡⎤⎣⎦∑⎰⎰, 也即ln lim 1n y →∞=-,所以1lim limn n y e n-→∞→∞==. 例2.6.2 求极限2sin sin sin lim ...1112n n n n n n n πππ→∞⎛⎫ ⎪+++ ⎪+ ⎪++⎝⎭. 解:因为22sinsin...sin sin sin sin ...11112n n n n n n n n nππππππ+++<+++++++2sin sin ...sin 1n n n nπππ+++<+ ,2sin sin...sin 12limlim sin sin ...sin 1112lim sin sin ...sin n n n n nn n n n n n n n n πππππππππππππ→∞→∞→∞+++⎡⎤⎛⎫=⋅⋅+++ ⎪⎢⎥++⎝⎭⎣⎦⎡⎤⎛⎫=+++ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦12sin xdx πππ==⎰,类似地 2sinsin...sin lim1n nn n nπππ→∞++++ 22122lim sin sin ...sin 1n n n n n n ππππππ→∞⎡⎤⎛⎫=⋅⋅+++= ⎪⎢⎥+⎝⎭⎣⎦, 由夹逼准则知2sin sin sin 2lim ...1112n n n n n n n ππππ→∞⎛⎫⎪+++= ⎪+ ⎪++⎝⎭ . 注:在此式的求解中用到了放缩法和迫敛性. 2.7 Stoltz 公式法 Stoltz 公式,11limlim .n n n n n n n n y y y a x x x -→+∞→+∞--==-在求某些极限时非常方便,尤其是当1nn k k y a ==∑时特别有效.例2.7.1 同例2.1.2,定理1.2.4(1)式证明. 证明:前面用N ε-定义法证明,现用Stoltz 公式证明. 令12...,n n n y a a a x n =+++=,则由Stoltz 公式得到()()()1212121 (i)......lim 1n n n n n a a a na a a a a a n n →∞-→∞++++++-+++=--lim lim 1nn n n a a a →∞→∞===. 例2.7.2 求112...lim k k kk n n n +→+∞+++. 解: ()11112...lim lim 1k k k k k k k n n n n n n n +++→+∞→+∞+++=-- (Stoltz 公式) =()112111lim...1kk k k n k k n C n C n+-→+∞++-+-- (二项式定理)=11111k C k +=+. 2.8 几何算术平均收敛公式法上面我们用Stoltz 公式已得出定理1.2.4,下面我们通过例子会*n,类型的数列极限可以用此方法来简化其求法.例2.8.1 同例2.1.1一样求n 0a >. 解:令123,...1n a a a a a =====,由定理1.2.4(2)知lim 1n n n a →∞==. 例2.8.2 同例2.3.2一样求n . 解:令()112,3, (1)n na a n n ===-,,由定理1.2.4(2)知lim lim 11n n n n n a n →∞→∞===-. 例2.8.3 同例2.6.1相似求n . 解:令()111nnn n n a n n +⎛⎫=+= ⎪⎝⎭,则()12312231234123nn n n a a a n +⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=()()11!!nnn nn n n n n n++=⋅. 所以1n n +=,1nn =+,而由定理1.2.4(2)知1lim lim 1nn n n n a e n →∞→∞⎛⎫==+= ⎪⎝⎭. 故lim 11n n n n n e e n n →∞==⋅=++. 例2.8.3求1...lim n n→∞.解:令()1,2,3...n a n ==,则由定理1.2.4(1)知lim lim 1n n n n a →∞→∞→∞===. 2.9 级数法若一个级数收敛,其通项趋于0(0n →),我们可以应用级数的一些性质来求数列极限,我们来看两个实例来领会其数学思想.例2.9.1 用级数法求例2.1.3注()lim 0!nn c c n →∞>. 解:考虑级数!nc n ∑,由正项级数的比式判别法,因()1lim /lim 011!!1n n n n c c cn n n +→∞→∞==<++, 故级数!nc n ∑收敛,从而()lim 00!n n c c n →∞=>. 例2.9.2 用级数法求例2.3.3,即设1a >及*k N ∈,求lim kn n n a→∞.解:考虑正项级数kn n a∑,由正项级数的比式判别法,因()11111lim/lim 1kkk n n n n n n n a a a n a+→∞→∞++⎛⎫=⋅=< ⎪⎝⎭, 故正项级数kn n a∑收敛,所以lim 0k n n n a →∞=. 例2.9.3 求极限()()222111lim ...12n n n n →∞⎡⎤+++⎢⎥+⎢⎥⎣⎦. 解: 因级数211n n∞=∑收敛,由级数收敛的柯西准则知,对0ε∀>,存在0N >, 使得当n N >时,21221111nn k k k kε-==-<∑∑,此即()()222111...12n n n ε+++<+, 所以()()222111lim ...012n n n n →∞⎡⎤+++=⎢⎥+⎢⎥⎣⎦. 例2.9.4 求极限()212lim ...1n n n a aa a →∞⎛⎫+++> ⎪⎝⎭. 解:令1x a =,所以1x <.考虑级数 1n n nx ∞=∑,因为()111lim lim1n n n n n nn x a x a nx ++→∞→∞+==<,所以此级数收敛.令 ()1nn s x nx ∞==∑,则()11n n s x x nx∞-==⋅∑.再令()11n n f x nx ∞-==∑,()1111xxn n n n xf t dt ntdt x x∞∞-=====-∑∑⎰⎰. 所以()()2111x f x x x '⎛⎫== ⎪-⎝⎭-. 而 ()()()()122111xa s x x f x x a --=⋅==--,所以()()122112lim ...1n n n a s x a a a a -→∞-⎛⎫+++== ⎪⎝⎭-. 2.10 其它方法除去上述求数列极限的方法外,针对不同的题型可能还有不同的方法,我们可以再看几个例子. 例2.10.1求(2limsin n →∞.解:对于这个数列极限可用三角函数的周期性.(()22limsin limsin n n n π→∞→∞==22lim sin lim sin n n →∞→∞==2sin 12π=.例2.10.2 设21101222nn a c c c a a +<<==+,,,证明:{}n a 收敛,并求其极限.解:对于这个极限可以先用中值定理来说明其收敛. 首先用数学归纳法可以证明 ()0,1,2...n a c n <<=. 事实上,102c a c <=<.假设01n a c <<<,则2210222222n n a c c c c ca c +<=+<+<+=.令()222c x f x =+,则()f x x '=.()()()111n n n n n n a a f a f a f a a ξ+--'-=-=⋅-=11n n n n a a c a a ξ--⋅-<-, (1)其中ξ介于n a 和1n a -之间.由于01c <<,再由(1)式知{}n a 为压缩数列,故收敛.设lim n n a l →∞=,则2c l c ≤≤. 由于2122nn a c a +=+,所以22,2022c l l l l c =+-+=.解得1l =+,1l =综上知lim1n n a →∞=注:对于这个题可也以采用单调有界原理证明其极限的存在性.第三章 数列极限在现实生活中的应用3.1 几何应用-计算面积在论文开始时,我们已经简要介绍了利用极限求圆的面积,现在我们再来介绍如何求抛物线2x y =与两直线0y =和1x =所围的面积.先将区间[]0,1等分为n 个小区间11210,,...,1n n n n n-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦,,,,以这些小区间为底边,分别以2221210...n n n n -⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,,,,为高,作n 个小矩形. 这n 个小矩形的面积之和是()223111111nnn i i i A i n n n ==-⎛⎫=⋅=⋅- ⎪⎝⎭∑∑ =()()12331121116n i n n n i n n -=--⋅=∑=1111323n n ⎛⎫-- ⎪⎝⎭. 这样我们就定义一个数列{}n A ,对每个n A 而言,它都小于欲求的“面积”,但是这两者之间的差别不会大于长为1,宽为1n的矩形面积,即1n,所以,当n 越来越大时,n A 将越来越接近于欲求的“面积”,因此,我们可以定义此面积为1lim 3n n A →∞=.这种定义面积并求面积的方法简单又朴素,它同时孕育出了数学分析的一个重要组成部分:积分学.3.2 求方程的数值解.目前的问题是如何用有理数来逼近220x -=的正根,所以我们的问题可以说成是求方程的“数值解”.把问题提得更一般一些.设0a >是任意给定的,似值.00x >,在两个正数00,ax x 中,一定有一个0x有理由指望这两个数的算术平均值10012a x x x⎛⎫=+ ⎪⎝⎭.事实上((22100000011120222a x x x a x x x x x⎛⎫=+=+-=≥ ⎪⎝⎭. 这表明:不论初值0x 如何,得出的第一次近似值1x 是过剩近似值.不妨设初值0x本身就是过剩近似值,因此000x x >>.由此得出((0100011022x x x x x ≤=-≤-. 这个不等式告诉我们:第一次近似值1x0x到.重复施行上述的步骤,便产生数列01...,...n x x x ,,,,其中 *1112n n n a x x n N x--⎛⎫=+∈ ⎪⎝⎭,, 由(((12021110 (222)n n n n x x x x --≤≤≤≤≤-,可见lim n n x →∞=对于充分大的n ,数n x小.让我们看看实际应用起来有多方便,.取初值02x =(这是相当粗糙的近似值),反复迭代的结果是012345 2.0, 1.5, 1.41661.41425661.414213561.41421356x x x x x x ===⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅,,,,这已是相当精确的近似值. 3.3 市场经营中的稳定性问题投资者的交易行为是影响市场稳定性的重要因素,以股票为例,为尽量避免出现羊群行为,减少非理性投资,我们需要对股票的在价值(即未来收入现金流的现值)有较清晰的认识,从而决定是该购买还是该售出,作出理性选择.现在我们来针对不同的模型确定股票相应的在价值. 3.3.1 零增长模型假定股利增长率为0,因其在价值如下()()()122112......1111t t t ti t t D D D D V i i i i ∞==++++=++++∑ . (1) (V -在价值,D -股息(红利),i -贴现率), 现由假定知 1212......t n D D D D i i i i ========,, 所以此时股票在价值为()()()21......1+1+1+1+t tt D D D DV i i i i ∞==++++=∑ =1111lim111tt D i i D i i→∞⎛⎫⎛⎫- ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭=-+. (2) 知道股票的在价值后,可求出其净现值()NPV ,即在价值减去市场价格,也即:NVP V P =-.当0NVP >,该股票被低估,可买入;当0NVP <,被高估,不益购买. 例:某公司在未来无限期支付每股股利为8元,现价65元,必要收益率10%,评价该股票.解:利用(2)式结论可求得该股票的在价值为: 880806515010%D V NVP V P i ====-=-=>,. 故该股票被低估,可以购买. 3.3.2 不变增长模型假定股利永远按不变增长率()g 增长,即 ()()101...1tt t D D g D g -=+==+, 代入(1)式得此时在价值为()()()()()0001111111111lim 11+1+11tttttt t t t D g g i i D g D g D D V gi g i gi i i∞∞→∞==⎛⎫++⎛⎫- ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭++⎝⎭=====+---+∑∑.(3) 例:去年某公司支付每股股利1.80元.预计未来公司股票的股利按每年5%增长,假设必要收益率为11%,当每股股票价格为40元,评价该股票.解:利用(3)式的结论,由于()1 1.8015% 1.89D =⨯+=,可知股票在价值 ()1.8015%31.5011%5%V ⨯+==-,故31.50400NVP V P =-=-<, 该股票被高估,建议出售. 3.4 购房按揭贷款分期偿还消费贷款的还款(即按揭)大多为年金方式,故存在一些年金计算问题.下面主要对购房分期付款的基本计算问题做一些简单分析.设P 表示总的房款金额,k 表示首次付款比例,i 表示年利率,n 表示分期付款(贷款)的总年数,R 表示每月底的还款金额,则有如下的价值方程()()12112n k P Ra -=,进一步有 ()()()()1212111212nn k P k i P R ia a --== . (4)其中 21...nnn i n v a a v v v i-==+++=.上述是针对有限期限付清的情况,如果考虑永久期末年金:在每个付款期末付款1m上货币单位,直至永远.若将该年金的现值记为()m a ∞,则有计算公式 ()()()1211...lim m m m m m n n a v v a m i ∞→∞⎛⎫=++== ⎪⎝⎭.代入(4)式即可.通过上述公式即可求出按不同还款方式每月底应还金额.第四章结论通过上述章节我们探讨了数列极限的求法并简要介绍了它在现实生活中的应用.我们知道极限是数学分析的基石,是微积分学的基础,可见数列极限是一种重要的极限类型.掌握数列极限的概念、性质和计算是学好函数极限和微积分的前提和基础,灵活巧妙的应用它,也可以使一些较为困难的实际问题迎刃而解.通过前面的例子我们知道求数列极限的方法灵活多样,给一些数学问题的讨论和计算带来极大的方便.对它的研究也使数学分析在经济领域和数学领域中发挥更大的作用.这在数学分析关于函数极限和微积分学的研究及其应用中都有非常重要的理论意义和应用价值.所以,国外学者对数列极限的求法及其在实际应用的研究一直未中断,同时仍存在很多容等待我们新时期的学术爱好者去探讨,去解决,去突破.参考文献1. 《数学分析题解精粹(第二版)》/钱等主编—崇文书局,2009.2. 《数学分析教程(上册)》/常庚哲,史济怀编—高等教育,2003.3. 《数学分析(上册第三版)》/华东师大学数学系编—高等教育,2007.4. 《数学分析第一册》/徐森林,薛春华编—清华大学,2005.5. 《求数列极限的方法探讨》/允利—高等函数学报(自然科学版),2010年06期.6. 《两类数列极限的求法》/凌—科技创新导报,2010年第28期.7. 《谈谈极限的求法》/林瀚斌—大众商务,2009年第12期.8. 《高等数学中数列极限的几种求法》/周林—广播电视大学学报,2008年第11期.9. 《求数列极限的几种方法》/素峰—学院学报,2007年02期.。