每日一题[528]数列上下界的交叉估计

已知数列$\{a_n\}$中,$a_1=1$,$a_{n+1}=a_n+\dfrac{1}{a_n}$($n\in\mathcal N^*$),求$\lim\limits_{n\to+\infty}\dfrac{a_n}{\sqrt n}$.


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分析   可以将递推公式两边平方,以获得对$a_{n+1}^2-a_n^2$的估计,从而完成对$\{a_n\}$的上下界估计.

   根据已知,有$$a_{n+1}^2=a_n^2+2+\dfrac{1}{a_n^2},$$于是$$a_{n+1}^2-{a_n}^2>2,$$从而可得$$a_{n+1}^2>2n+1,$$即$$a_{n+1}>\sqrt{2n+1}.$$

另一方面,由于$$a_{n+1}^2-a_n^2=2+\dfrac{1}{a_n^2},$$于是\[\begin{split} a_{n+1}^2-a_1^2&=2n+\dfrac{1}{a_1^2}+\dfrac{1}{a_2^2}+\cdots +\dfrac{1}{a_n^2}\\ &<2n+1+\dfrac 13+\cdots +\dfrac{1}{2n-1}\\ & \leqslant 2n+1+\dfrac 12+\cdots +\dfrac 1n \\ &<2n+\ln n+1,\end{split} \]因此$$a_{n+1}<\sqrt{2n+\ln n+2}.$$

综上所述,有$$\sqrt{2n+1}<a_{n+1}<\sqrt{2n+\ln n+2},$$进而可得$$\lim\limits_{n\to+\infty}\dfrac{a_n}{\sqrt n}=\sqrt 2.$$

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