数列极限的夹逼判敛法

1、求\(\lim\limits_{n\to\infty}\sqrt [n]{n}\).

显然\(\sqrt [n]{n}\geqslant 1\).

当\(n\geqslant 2\)时,设\(\sqrt [n]{n}=1+x\),则\[n=(1+x)^n\geqslant 1+\dfrac 12n(n-1)x^2,\]从而有\[x\leqslant \sqrt{\dfrac {2}{n}}.\]

因此,有\[1\leqslant \sqrt [n]{n}\leqslant 1+\sqrt{\dfrac 2n},\]由夹逼判敛法可得\[\lim\limits_{n\to\infty}\sqrt [n]{n}=1.\]


2、求\(\lim\limits_{n\to\infty}\sqrt[n]{a_1^n+a_2^n+\cdots+a_q^n}\),其中\(a_i>0\),\(i=1,2,\cdots,q\).

不妨设\[A=\max\left\{a_1,a_2,\cdots,a_q\right\},\]则\[A\leqslant \sqrt[n]{a_1^n+a_2^n+\cdots+a_q^n}\leqslant \sqrt[n]{nA^n}=A\sqrt[n]{n},\]由夹逼判敛法及题1的结论可得\[\lim\limits_{n\to\infty}\sqrt[n]{a_1^n+a_2^n+\cdots+a_q^n}=A.\]


3、求\(\lim\limits_{n\to\infty}\dfrac{1+\sqrt 2+\sqrt [3]{3}+\cdots+\sqrt [n]{n}}{n}\).

显然\(\dfrac{1+\sqrt 2+\sqrt [3]{3}+\cdots+\sqrt [n]{n}}{n}\geqslant 1\).

另一方面,由题1的结论有\[\begin{split}\dfrac{1+\sqrt 2+\sqrt [3]{3}+\cdots+\sqrt [n]{n}}{n}&\leqslant \dfrac 1n\left(n+\sqrt{\dfrac 21}+\sqrt{\dfrac 22}+\sqrt{\dfrac 23}\cdots+\sqrt{\dfrac 2n}\right)\\&\leqslant 1+\sqrt[4]{\dfrac 1n\left(\dfrac 41+\dfrac 44+\dfrac 49+\cdots+\dfrac 4{n^2}\right)}\\&\leqslant 1+\sqrt[4]{\dfrac 4n\left(1+\dfrac 1{1\cdot 2}+\dfrac 1{2\cdot 3}+\cdots+\dfrac 1{n(n-1)}\right)}\\&\leqslant 1+\sqrt[4]{\dfrac 8n},\end{split}\]由夹逼判敛法可得\[\lim\limits_{n\to\infty}\dfrac{1+\sqrt 2+\sqrt [3]{3}+\cdots+\sqrt [n]{n}}{n}=1.\]


4、求\(\lim\limits_{n\to\infty}\left[n^2\left(\sqrt [n]{a}-\sqrt [n+1]{a}\right)\right]\),其中\(a>0\).

 当\(a>1\)时,考虑函数\(y=a^x\)在区间\(\left[\dfrac{1}{n+1},\dfrac 1n\right]\)之间的部分,有不等式\[\left.\left(a^x\right)'\right|_{x=\frac{1}{n+1}}<\dfrac{a^{\frac 1n}-a^{\frac 1{n+1}}}{\dfrac 1n-\dfrac 1{n+1}}<\left.\left(a^x\right)'\right|_{x=\frac 1n},\]进而不难得到\[\lim\limits_{n\to\infty}\left[n^2\left(\sqrt [n]{a}-\sqrt [n+1]{a}\right)\right]=\ln a.\]

类似的,可得当\(0<a<1\)时,亦有相同的结论.

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每日一题[83] 极值点偏移不等式的对称化构造

已知函数\(f(x)=x\ln x\)与直线\(y=m\)交于\(A\left(x_1,y_1\right)\)、\(B\left(x_2,y_2\right)\)两点.

(1)求证:\(0<x_1x_2<\dfrac{1}{{\mathrm e}^2}\);

(2)求证:\(\dfrac{2}{\mathrm e}<x_1+x_2<1\). 继续阅读

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[竞赛] 三角不等式一则

 在三角形\(ABC\)中,\(5\cos A+6\cos B+7\cos C=9\),求证:\[\sin^2\dfrac{A}{2}+\sin^3\dfrac{B}{2}+\sin^4\dfrac{C}{2}\geqslant \dfrac{7}{16}.\] 继续阅读

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每日一题[82] 费马小定理

求证:存在无穷多个奇数\(m\),使得\(8^m+9m^2\)为合数.

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每日一题[81] 求和的“汉堡包法”

如图,将正三角形\(ABC\)分割成\(n\)层共\(n^2\)个全等的小正三角形,在每个三角形的顶点各放置一个数,使位于同一直线上的点放置的数(当数的个数不少于\(3\)时)都分别依次成等差数列,若顶点\(A\)、\(B\)、\(C\)处的三个数互不相同且和为\(1\),则所有顶点的数之和\(S_n=\)_______.

QQ20150405-4

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每日一题[80]利用向量处理外心

据说这是2015年高三泰州二模的第14题.

在三角形\(ABC\)中,\(D\)为边\(AC\)上一点,\(AB=AC=6\),\(AD=4\),若三角形\(ABC\)的外心\(O\)恰在线段\(BD\)上,则\(BC=\)_______.

QQ20150401-2

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一类收敛级数的求和方法

2008年全国高中数学联赛江苏初赛涉及到了这样一个级数:\[\dfrac{1}{n+1}+\dfrac{1}{n+2}+\cdots+\dfrac{1}{2n},\]原题是证明\(\dfrac{25}{36}\)是它的上界(证明方法是放缩裂项).事实上,考虑到该级数即\[\sum_{k=1}^{2n}{\dfrac 1k}-\sum_{k=1}^{n}{\dfrac 1k},\]于是当\(n\to \infty\)时,该级数收敛于\[\lim_{n\to \infty}{\left(\sum_{k=1}^{2n}{\dfrac 1k}-\sum_{k=1}^{n}{\dfrac 1k}\right)}=\ln 2.\]这就相当于得到了\[\sum_{n=1}^{\infty}{\dfrac{1}{2n(2n-1)}}=\ln 2.\]

但是这一方法无法求如下的收敛级数的极限:\[\sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{1}{3n(3n+1)}.\]那么对此类无法直接裂项的收敛级数,该如何处理呢?

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每日一题[79] 边角互化

证明:若\(\sin^2A+\sin^2B+\sin^2C<2\),则三角形\(ABC\)为钝角三角形.
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每日一题[78] 对数函数的齐次化构造

已知\(f(x)=\ln x-\dfrac 1x\)与\(g(x)=ax\)交于两点\(A(x_1,y_1)\)、\(B(x_2,y_2)\),求证:\(x_1x_2>2{\mathrm e}^2\).

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每日一题[77]何以解忧?唯有参方

已知椭圆\(\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1\)(\(a>b>0\))的离心率为\(\dfrac{\sqrt 3}2\),直线\(y=\dfrac{1}{2}x+1\)与椭圆交于\(A\)、\(B\)两点,点\(M\)在椭圆上,\(\overrightarrow{OM}=\dfrac 12\overrightarrow{OA}+\dfrac{\sqrt 3}2 \overrightarrow{OB}\),求椭圆方程.

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