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好的!我看到了您上传的数学分析教材(第5版上册)的习题部分。让我为您详细讲解这些题目。

📖 数学分析习题详解 - 第2章 数列极限


习题 2.2

第1题:求下列极限

(1)

思路分析: 这是一个 型极限,分子分母都趋于无穷。

解题方法:分子分母同时除以 的最高次幂

详细步骤

知识点:当 时,(k为常数)


(2)

思路分析: 含有指数项,关键是找出增长最快的项(绝对值最大的底数)

详细步骤

由于 ,所以 是主导项。分子分母同时除以

因为 ,所以

答案


(3)

思路分析: 分母中 是主导项,分母趋于

详细步骤

由于 ,且

答案


(4)

思路分析: 这是 型不定式,需要有理化

详细步骤

利用平方差公式:

分子分母同时除以

答案


(5)

思路分析: 分子是常数和,(当 时)

详细步骤

知识点 为常数)

答案


第2题:证明题

题目:设 ,且 . 证明:存在正数 ,使得当 时,有

证明思路:用 语言

详细证明

因为 ,存在 ,当 时:

因为 ,存在 ,当 时:

,当 时:

因此 ,即


第3题:证明题

题目:设 为无穷小数列, 为有界数列,证明: 为无穷小数列

证明

因为 有界,存在 ,使得 (对所有

因为 是无穷小,即

对任给 ,存在 ,当 时:

于是当 时:

因此 ,即 为无穷小数列 ✓

重要定理:有界数列与无穷小数列的乘积仍为无穷小

太好了!让我继续详细讲解剩下的习题。


第4题:求下列极限

(1)

思路分析: 需要先化简分子(等差数列求和公式)

详细步骤

利用等差数列求和公式:

答案


(2) (2n个根号)

思路分析: 这是嵌套根式,需要找出通项公式

详细分析

观察指数规律:

通项公式

对于 个根号:

求极限

答案


(3)

思路分析: 利用平方和公式

详细步骤

平方和公式:

答案


(4)

思路分析: 阶乘增长速度远超指数函数

详细证明

写出比值:

时:

由夹逼定理:

答案

重要结论(阶乘增长远快于指数)


(5)

思路分析: 指数函数增长速度快于任意多项式

详细步骤

对于充分大的

只需证明

关键方法:反复应用Stolz定理或者利用二项式展开

时,在 的二项展开中:

因此:

答案

重要结论(指数增长快于多项式,


(6)

思路分析: 根式极限问题,分子分母同除最高次

详细步骤

答案


第5题:证明题

题目:设 中一个是收敛数列,另一个是发散数列。证明: 是发散数列。又问 是否必为发散数列?

证明(用反证法)

不妨设 收敛, 发散。

反证:假设 收敛

那么

根据收敛数列的运算法则:两个收敛数列的差仍收敛

所以 收敛,这与 发散矛盾!✗

因此 必发散。同理可证 发散。✓


关于

答案不一定发散

反例

  • (收敛于0)
  • (发散)
  • (收敛于0)

结论:当收敛数列收敛于0时,其与发散数列的乘积可能收敛


第6题:证明以下数列发散

(1)

证明(子列法)

考虑两个子列:

  • 偶数项子列:,收敛于1
  • 奇数项子列:,收敛于-1

由于两个子列收敛于不同极限,根据定理2.8,原数列发散。✓


(2)

证明(定义法)

数列为:

显然

若数列收敛,则必为有界数列,但该数列无界,故发散。✓

或用子列法

  • (发散)
  • 有子列发散,则原数列发散。✓

第7题:判断以下结论是否成立

(1) 若 都收敛,则 收敛

答案不一定成立

反例

  • 收敛于0
  • 收敛于1

发散(两个子列极限不同)

正确命题:若 都收敛且极限相同,则 收敛


(2) 若 都收敛,且有相同极限,则 收敛

答案成立

证明思路

对任意 ,必属于以下三种情况之一:

  • (奇数)
  • (偶数)
  • (3的倍数)

等等...实际上需要更细致的分析。

更严谨的证明

对任给

  • 存在 ,当 时,
  • 存在 ,当 时,
  • 存在 ,当 时,

时, 必能表示为上述三种形式之一(实际需要用数论知识),从而

因此 收敛于 。✓


第8题:求下列极限

(1)

思路分析 型不定式,化为指数形式

详细步骤

利用重要极限:

,则当 时,

因此:

答案


(2)

思路分析: 先化简分子

详细步骤

分子是首项为1,公差为2的等差数列,共 项:

理由:当 时,

实际上:

答案


(3)

思路分析: 用拉格朗日中值定理或者二项式展开

方法一(中值定理思想)

,则:

时,

利用不等式(或拉格朗日中值定理):

即:

由于 ,所以

由夹逼定理:

答案


(4)

思路分析: 利用平方差公式逐步化简

详细步骤

利用

因此:

由于 ,所以

答案


第9题:证明题

题目:设 个正数,证明:

证明

不妨设 ,即

则:

次方:

由于 为常数),所以:

由夹逼定理:

证毕!✓


第10题:证明题

题目:设 。证明:

(1)

证明(Stolz定理的应用)

对任给 ,存在 ,当 时:

充分大时,第一项 ,第二项

因此原式 ,证毕!✓

这个定理叫做"Cesàro平均定理"


(2) 若 ,则

证明思路

取对数:

及对数连续性:

由 (1) 的结论:

因此:

证毕!✓


📌 本次习题重点知识点总结

  1. 极限计算技巧

    • 分子分母同除最高次幂
    • 有理化处理
    • 型转化为 的极限
  2. 重要极限

  3. 增长速度比较

  4. 证明发散的方法

    • 子列法(找两个极限不同的子列)
    • 定义法(证明无界或振荡)
  5. 重要定理

    • Cesàro平均定理
    • 夹逼定理
    • 定理2.8(子列收敛性)

还有哪道题需要我进一步解释吗?或者您对某个知识点还有疑问?😊