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1.5.2 夹逼定理与单调有界收敛定理(2)在线视频

1.5.2 夹逼定理与单调有界收敛定理(2)

下一节:1.6.1 两个重要的极限(1)

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1.5.2 夹逼定理与单调有界收敛定理(2)课程教案、知识点、字幕

同学们大家好

欢迎来到大学先修课

微积分课程

今天我们介绍第一章

极限

第五节

夹逼定理和单调有界收敛定理

单调有界收敛定理是极限理论

中的一个重要结论

也是我们微积分中

判断极限存在的基本方法之一

在这一讲中

我们将介绍

单调有界收敛定理

的具体内容

并通过几道具体的题目

来说明利用单调有界收敛定理

判断极限存在的常见方法

单调有界收敛定理

定理12

如果数列an满足an小于等于an+1

并且有上界

那么

an在n趋向于无穷时的极限

就存在

同样的

如果数列an

满足an大于等于an+1

并且有下界

那么an在n趋向于无穷时的极限也存在

单调有界收敛定理

也就是说

如果一个数列它是单调递增

而且有上界的数列

那么它的极限就存在

同样的

如果一个数列它是单调递减

而且有下界的时候

那么它的极限也是存在的

有了这个定理我们就知道

对单调数列来说

它收敛的充分必要条件

就是它是一个有界列

因为在前面我们已经介绍过

收敛数列它是一个有界列

而上面这个定理又说

对单调数列来说

它有界的时候

它一定是收敛的

所以在讨论单调数列收敛性时

我们只要看

它是不是有界列就可以了

对于函数极限来说

单调有界收敛定理

是针对单侧极限

对f(x)在x0这点的右极限

我们可以表述为

如果存在一个正数δ

使得函数f(x)在x0到x0+δ内是单调有界的

那么f(x)在x0这点的右极限

就存在

如果对左极限来说

就是说

如果存在一个正数δ

使得函数f(x)在x0-δ

到x0内单调有界

那么f(x)在x0这点的左极限

也是存在的

下面我们利用单调有界收敛定理

来做几个具体的题目

例1

我们假设an就等于

1平方分之1

加2的平方分之1

一直加到

n的平方分之1

n是正整数

我们证明这个数列

是收敛的

从题干可以看出

an+1减掉an

就等于n+1括起来平方分之1

是大于0的

所以这个数列

它是一个单调递增数列

在n大于1时

我们可以把an中的每一项

也就是1的平方分之1

加2的平方分之1

一直到n的平方分之1

从第二项开始

我们都把它的分母变小

2的平方我们变成1乘2

3的平方我们变成2乘3

最后n的平方

我们变成(n-1)乘n

那么分母变小

整个分数变大

也就是

我们可以把an放大到

1加上1乘2分之1

一直加到(n-1)乘n分之一

而从第二项开始

我们每一项可以给它写成

两项之差

而在这里面

我们后一项的第一部分

和前一项的第二部分

正好是互为相反数

所以我们就可以得到an

是小于2减掉n分之1

它就小于2

这样我们就证明了数列an

是有上界的

所以说它是一个单调递增

有上界的数列

那么由单调有界收敛定理

我们就证明了

数列an是收敛的

下面我们来看第2道例题

这道题目与我们刚介绍过的例1

有些相似

因为它说an

是等于10分之p1

加上10平方分之p2

一直加上10的n次方分之pn

其中pk是一个有界的非负数列

我们要证明这个数列an是收敛的

下面我们给出例2的证明

因为pk是一个有界非负数列

所以

我们不妨假设

它的取值范围就是0到M

因为an+1减掉an

就等于pn+1除上10的(n+1)次方

它是一个非负数

所以

这个数列

是单调递增数列

又因为这个an

我们把每一项的分子都放大到最大

就是M

那么把M提出来之后

后面应该是一个首项为10分之1

公比也是10分之1的一个等比数列求和

一共有n项

我们利用等比数列前n项和的求和公式

我们就得到了

它的和是等于

9分之M

乘上括号里面

1减掉10的n次方分之1

我们将

1-10的n次方分之1

放大到1

这样就证明了

an它是小于9分之M的

所以数列an就是一个单调递增的有界数列

那么根据单调有界收敛定理

我们就证明了

数列an是一个收敛数列

下面我们看一下

第3道例题

我们假设an

就等于

1加n分之1的n次方

我们证明这个数列收敛

这个数列

是我们微积分中

非常重要的一个数列

它的极限值也是一个很重要的数

它的极限值就是我们自然对数的底

现在我们看一下

怎么证明

这个数列是收敛的

我们利用二项式定理

将an展开

它一共有n+1项加起来

对每一项

我们把组合数计算公式

写出来

最后

我们再对它进行变形

那么

就写成了这个形式

第一项 是1

第二项 是1

第三项 是2分之1

乘上括号里面1减n分之1

第四项 是3!分之1

乘上1减n分之1

再乘上1减n分之2

最后一项是n!分之1

后面有n-1个因子相乘

第一个因子是1减n分之1

最后一个因子是1减n分之

n-1

同样地

我们将an+1

也用二项式定理展开

那么

做同样的处理

我们就会得到

有n+2项加起来

第一项 第二项

与an的展开式一样

都是1

那么从第三项开始

一直到它的第n+1项

与an的展开式中第三项

到第n+1项相比

后面乘的每一个因子

都是变大的

所以说

每一项

都比an中的

相应项来得大

而最后一项

也就是它的第n+2项

又是一个非负数

这样我们通过比较对应项的大小

就知道

an是小于an+1的

也就是

这个数列an是一个

单调增加数列

下面我们来看一看

怎么样证明

这个数列是有上界的

我们在刚才的展开式中

把后面每一个因子

1减n分之1

1减n分之2

一直到

1减n分之n-1

每一个因子

我们知道

它都小于1

我们都给它放大到1

这样

我们就把an放大到

2加上2分之1

加3!分之1

一直加到

n!分之1

接下来

我们从

第三项开始

3!写成2乘3

4!我们给它缩小到

4乘3

n!给它缩小的

n乘上n-1

那么分母变小

它的整个倒数

就变大

所以我们进一步

把an

放大到2加上

2乘1分之1

再加上3乘2分之1

一直加到n乘上n-1分之1

后面每一项可以表示成两部分

做和差

这样我们利用错位相消

就把an放大到了

3减掉n分之1

也就证明了

an是小于3的

这样

我们不仅证明了这个数列

是一个单调增加数列

也证明了

这个数列是一个有上界的数列

那么根据单调收敛定理

我们就证明了这个数列是收敛的

一般地

我们就把这个数列的极限

记做e

也就是1加n分之1的n次方

在n趋向于无穷时的极限

等于e

通过取一些具体的n的值

我们可以算出

e的值的大小

约等于2.71828

下面我们看一下第4道例题

我们假设数列an满足

第一项

也就是a0=a

a大于0

有了第一项之后

那么后一项an就等于

2分之1倍的括号里面an-1

加上an-1分之2

也就是这个数列

是通过一个递推关系给出的

下面我们来证明这个数列

是收敛的

并且求出这个数列的极限值

首先从题目的条件

我们可以知道

这个数列中的每一项an都是大于0的

而且

根据均值不等式

我们知道

从第一项开始

那么它的每一项的值

都是大于等于根下2的

利用递推关系

我们又知道

an+1减掉an

也就是等于2

减掉an的平方除上

2倍的an

因为an的平方

根据刚才我们得到的

an大于等于根下2

的结果

an的平方是大于等于2的

所以说我们就知道这个差

是小于等于0的

这说明

这个数列

是个单调递减的数列

而且它又是有下界的

那么根据单调有界收敛定理

我们就证明了

这个数列是收敛的

下面

我们来看怎么样来计算

这个数列的极限值

我们记这个数列的极限值就是A

那么

根据条件

以及极限的保号性质

我们知道A是大于等于根下2的

在递推关系两端

我们让

n趋向无穷取极限

我们就知道

极限值应该满足

这个方程

也就是

A等于二分之1倍的

括号里面A加上A分之2

我们整理这个等式

就会得到A的平方等于2

这样

我们就求出了

A等于根下2

这就是这个收敛数列的极限值

在这一讲中

我们介绍了

单调有界收敛定理的具体内容

这是判断极限存在

尤其是

判断数列极限存在的重要方法

当数列通项给出时

如果得到了它的单调性

我们一般地

可以通过适当的放缩

判断它是否有界

进而判断它是否收敛

如果数列是以递推关系的形式

给出时

利用单调有界收敛定理

判断它是否收敛

更是我们经常用的方法

下一讲开始

我们将介绍极限计算中的

另外一个重要结论

就是所谓的重要极限

谢谢同学们

下一讲再见

微积分(先修课)课程列表:

第零章 绪论

-0.1 绪论

--0.1.1 绪论

第一章 极限

-1.1 极限概念引例

--1.1.1 极限问题举例

--第1.1节测试 极限概念引例

-1.2 极限的概念

--1.2.1 极限的概念(1)

--1.2.2 极限的概念(2)

--1.2.3 极限的概念(3)

--1.2.4 极限的概念(4)

--1.2.5 极限的概念(5)

--第1.2节测试 极限的概念

-1.3 极限的性质

--1.3.1 极限的性质(1)

--1.3.2 极限的性质(2)

--第1.3节测试 极限的性质

-1.4 极限的运算

--1.4.1 极限的运算

--第1.4节测试 极限的运算

-1.5 夹逼定理与单调有界收敛定理

--1.5.1 夹逼定理与单调有界收敛定理(1)

--1.5.2 夹逼定理与单调有界收敛定理(2)

--第1.5节测试(1) 夹逼定理与单调有界收敛定理

--第1.5节测试(2) 夹逼定理与单调有界收敛定理

-1.6 两个重要的极限

--1.6.1 两个重要的极限(1)

--1.6.2 两个重要的极限(2)

--第1.6节测试 两个重要的极限

-1.7 无穷小量

--1.7.1 无穷小量(1)

--1.7.2 无穷小量(2)

--第1.7节测试 无穷小量

第二章 连续函数

-2.1 连续函数的概念

--2.1.1 函数在一点连续的概念

--2.1.2 在一点的单侧连续性

--2.1.3 间断点的分类

--第2.1节测试 连续函数的概念

-2.2. 初等函数的连续性结论

--2.1.1 连续函数的运算性质

--第2.2节测试 初等函数的连续性结论

-2.3 连续函数的性质

--2.3.1 局部性质和零点存在定理

--2.3.2 闭区间上连续函数的性质

--第2.3节测试 连续函数的性质

第三章 导数与微分

-3.1 导数与导函数

--3.1.1 导数与导函数(1)

--3.1.2 导数与导函数(2)

--第3.1节测试 导数与导函数

-3.2 微分

--3.2.1 微分

--第3.2节测试 微分

-3.3 导数的运算

--3.3.1 导数的四则运算

--3.3.2 复合函数的链导法则

--3.3.3 反函数求导法

--第3.3节测试 导数的运算

-3.4 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法

--3.4.1 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法

--第3.4节测试 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法

-3.5 高阶导数

--3.5.1 高阶导数

--第3.5节测试 高阶导数

第四章 微分中值定理和导数的应用

-4.1 极值和极值点

--4.1.1 极值和极值点

--第4.1节测试 极值和极值点

-4.2 微分中值定理

--4.2.1 微分中值定理(1)

--4.2.2 微分中值定理(2)

--第4.2节测试 微分中值定理

-4.3 洛必达法则

--4.3.1 洛必达法则(1)

--4.3.2 洛必达法则(2)

--第4.3节测试(1) 洛必达法则

--第4.3节测试(2) 洛必达法则

-4.4 函数单调性的判定

--4.4.1 函数单调性的判定

--第4.4节测试 函数单调性的判断

-4.5 函数的极值及其求法

--4.5.1 函数的极值及其求法

--第4.5节测试 函数的极值及其求法

-4.6 函数的最值及其应用

--4.6.1 函数的最值及其应用

--第4.6节测试 函数的最值及其应用

-4.7 曲线的凸性和拐点

--4.7.1 函数的凸性和拐点(1)

--4.7.2 函数的凸性和拐点(2)

--第4.7节测试 函数的凸性和拐点

-4.8 曲线的渐近线

--4.8.1 曲线渐近线

--第4.8节测试 曲线的渐近线

-4.9 泰勒(Taylor)公式

--4.9.1 泰勒(Taylor)公式(1)

--4.9.2 泰勒(Taylor)公式(2)

--4.9.3 泰勒(Taylor)公式(3)

--第4.9节测试 泰勒公式

-4.10 原函数与微分方程初步

--4.10.1原函数与微分方程初步(1)

--4.10.2 原函数与微分方程初步(2)

--第4.10节测试 原函数与微分方程初步

第五章 定积分

-5.1 定积分问题举例

--5.1.1 定积分问题举例

-5.2 定积分的概念

--5.2.1 定积分的概念(1)

--5.2.2 定积分的概念(2)

--第5.2节测试 定积分的概念

-5.3 定积分的基本性质

--5.3.1 定积分的性质(1)

--5.3.2 定积分的性质(2)

--第5.3节测试 定积分的性质

-5.4 微积分基本定理

--5.4.1 微积分基本定理(1)

--5.4.2 微积分基本定理(2)

--第5.4节测试 微积分基本定理

-5.5 定积分的几何应用

--5.5.1 定积分的几何应用(1)

--5.5.2 定积分的几何应用(2)

--第5.5节测试 定积分的几何应用

-5.6 定积分的物理应用

--5.6.1 定积分的物理应用

第六章 积分法与反常积分

-6.1 换元积分法

--6.1.1 换元积分法(1)

--6.1.2 换元积分法(2)

--6.1.3 换元积分法(3)

--第6.1节测试 换元积分法

-6.2 分部积分法

--6.2.1 分部积分法(1)

--6.2.2 分部积分法(2)

--第6.2节测试 分部积分法

-6.3 有理函数的积分法

--6.3.1 有理函数的积分法(1)

--6.3.2 有理函数的积分法(2)

--第6.3节测试 有理函数的积分法

-6.4 定积分应用举例

--6.4.1 定积分应用举例

--第6.4节测试 定积分应用举例

-6.5 反常积分

--6.5.1 反常积分(1)

--6.5.2 反常积分(2)

--6.5.3 反常积分(3)

--6.5.4 反常积分(4)

--第6.5节测试 反常积分

第七章 无穷级数

-7.1 无穷级数

--7.1.1 无穷级数

--第7.1节测试 无穷级数

-7.2 正项级数

--7.2.1 正项级数

-7.3 比值判敛法和根式判敛法

--7.3.1 比值判敛法和根式判敛法

--第7.3节测试 比值判敛法和根式判敛法

-7.4 一般项级数

--7.4.1 一般项级数(1)

--7.4.2 一般项级数(2)

--第7.4节测试 一般项级数

-7.5 幂级数

--7.5.1 幂级数

-7.6 函数的幂级数

--7.6.1 函数的幂级数

--第7.6节测试 函数的幂级数

-7.7 泰勒级数

--7.7.1 泰勒级数

--第7.7节测试 泰勒级数

-7.8 幂级数的简单应用

--7.8.1 幂级数的简单应用

第八章 常微分方程

-8.1 一阶可求解常微分方程

--8.1.1 一阶可求解常微分方程

--第8.1节测试 一阶可求解常微分方程

-8.2 一阶线性微分方程

-- 8.2.1 一阶线性微分方程(1)

--8.2.2 一阶线性微分方程(2)

--第8.2节测试 一阶线性微分方程

-8.3 二阶线性常系数微分方程

--8.3.1 二阶线性常系数微分方程(1)

--8.3.2 二阶线性常系数微分方程(2)

--8.3.3 二阶线性常系数微分方程(3)

--第8.3节测试 二阶线性常系数微分方程

-8.4 常系数微分方程简单应用举例

--8.4.1 常系数微分方程简单应用举例(1)

--8.4.2 常系数微分方程简单应用举例(2)

期末考试

-期末考试

--期末考试说明

-期末考试--期末考试

1.5.2 夹逼定理与单调有界收敛定理(2)笔记与讨论

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