设 为含于 的另外一个使的数列,如上所证,存在,记为 ,现证
为此,考察数列 ,易见且。仍如上所证, 也收敛。于是作为的两个子列,必有相同的极限。故由归结原则得:。
2、极限与级数之间的转化。
(1)、证明数列的极限为0,化归为级数收敛的必要条件。
例 证明
分析:将本题转化为讨论级数的收敛性,由正项级数的比值判别法可知,此级数收敛,故由级数收敛的必要条件得证。
(2)、求极限转化为级数。
例 求极限[此题为北京大学1998年研究生入学考试试题]
解:记
又 收敛,故在[0,1]上一致收敛.显然在[0,1]上连续,故有在[0,1]上连续.所以
例 求极限
分析:此极限为错项级数的前n项和。并且我们知道f(x)=Ln(1+x)的泰勒展开式与此式较为接近,可以用该级数解决此问题。[此题为云师大1999年研究生入学考试试题.]
解:因为函数f(x)=lnx在x=1时的泰勒展开式为:
所以
当x=1时:
所以原极限为:=ln(1+1)=ln2.
3、极限转化为定积分。
定积分是一种特殊的极限,这种极限不同于数列极限,也不同于函数极限。它是一种复杂的和式的极限,对于体现自变过程的变量的每一个值,不仅区间[a,b]的分法有无穷多种,而且对每一种分法,介点也有无穷多种取法,因而相应的和式一般都有无穷多个值。但它仍然有着与数列极限、函数极限的本质上相同之处,即当无限变小时,相应的一切和式与某一定数I的距离:能够变得并且保持任意的小。[见参考书4p42]
例 求.
分析:此题为求有限和的极限,通过恒等变形,可以转化为定积分来求。
解:设=
故。利用定积分定义,得:
。
所以原极限为:
二、有限与无限之间的转化:
有限与无限是对立的统一,在数学分析中,我们往往通过有限来认识无限,也通过无限来确定有限。数学分析的基本思想方法——极限法,就是借助有限来认识无限的典型方法。通过有限认识、确定、证明无限的思维过程如图所示:
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