本文主要内容是两个极限存在准则,以及由这两个准则推出的两个重要极限。以后解题可以直接用此重要极限。还有就是注意数列与函数之间的联系,它们在很多时候都是互通的。
另外,如果发现错误之处,欢迎指出,我会及时完善。大家一起学习吧~
准则 (夹逼准则):如果数列
满足下列条件:①
②
那么
有极限且 。证明:根据准则中的条件②:
,可由极限定义知:,由于 ,因此存在 ,使当 时, 亦即 ;
又
,因此存在存在 ,使当 时, 亦即 ;,不等式 均成立,分别取不等式 和 的左半侧和右半侧有 ,再结合条件① 有 ,可得 。我们把带有下划线的文字连成一句话:对任意给定的 ,存在 ,当 时, 。这不就是数列极限定义嘛~所以推出 。证毕!
以上是关于数列的夹逼准则,我们可以把它推广到函数,如下:
准则 :如果函数
满足下列条件:①
(或 )时,②
(或 )那么
存在,且 (或 存在且 )。证明过程与数列夹逼准则类似,这里不再赘述。
重要极限1:证明:此函数分母的极限为
,所以不能直接用极限商的运算法则来证明。我们可以用夹逼准则来证明:如下图单位圆中,令
,点 的切线与 的延长线交于 , ,则线段 、弧 和线段 的长度分别满足: ,由于 面积( ) 扇形 的面积( ) 的面积( ),所以有 同时除以 :由于用
代替 时, 与 值不变,所以 当 时, 也成立。这样就得出,当 , ,下面我们根据夹逼准则证明当 时,不等式两侧的 与 的极限为 ,便得出 极限也为 。下面来证明 :当
时,即
由于
根据夹逼准则 , ,而根据极限差的运算法则 因此 。由于
,根据夹逼准则 ,即得 ,证毕!
例题:
1.求
解:
2.
解:
准则 (单调有界原理):单调有界数列必有极限。
单调增数列:
单调减数列:
单调增数列和单调减数列统称为单调数列。
注:(1)在数列极限的性质那一讲中,收敛数列的有界性提到(戳我了解):数列有极限(收敛)则一定有界,但是数列有界却不一定有极限,应该补充为,数列单调且有界才有极限(收敛)。
(2)对于准则
的几何解释为(以单调增数列为例):数列单调增加有两种情况,情况①为,数列每一项的值不断增大,一直趋向于无穷大;情况②是数列每一项值不断增大,但是最终不断趋向包容的灯泡一个常数
。所以如果单调增数列有界的话就不可能为情况①,只能是情况②。 重要极限2:首先我们证明当
取正整数 而趋近于 的情形,这样就产生了一个数列。设数列通项为
,我们来证明数列 单调增加且有界。根据二项式定理(戳我了解)展开:
最终化简可得:
类似地,
比较
和 的最终展开式,可以看到除了前两项均为 外,在后面的所有项中, 的每一项都小于 的对应项,并且仔细观察可以看出, 还比 多出最后一项 ,该项的值是大于 的,因此 ,故数列 是严格 单调增加的(戳我了解严格单调与单调的关系)另外还可证明数列
是有界的,因为把 的展开式中各项括号内的数用较大的数 代替,得这说明数列
有界,又因为之前证明其单调,所以单调有界,根据准则 ,这个数列极限存在,通常用字母 表示它,即 。证毕!注:① 可以把该数列极限推广到函数
,有 书上注解中有证明,自己好好琢磨。②可以证明无论是
还是 函数 的极限都存在,且为 。(书上注解)③
是无理数,跟指数函数 和自然对数 的底 是同一个常数。④ 利用复合函数的极限运算法则,把表达式
中的 代换为 ,当 时, ,由复合函数的极限运算法则: 。其实无论是 还是 它们的共同点是当指数部分趋向于无穷大,括号内第二项趋向于无穷小,二者形式上互为倒数,那么极限为 。例题:求
解: