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数学
题目

三*、用“ε-N”定义证明:lim_(ntoinfty)(3n+1)/(2n+1)=(3)/(2).

三*、用“ε-N”定义证明:$\lim_{n\to\infty}\frac{3n+1}{2n+1}=\frac{3}{2}$.

题目解答

答案

根据极限定义,对任意 $\epsilon > 0$,需找到 $N$,使 $n > N$ 时,$\left| \frac{3n+1}{2n+1} - \frac{3}{2} \right| < \epsilon$。
化简得:
$\left| \frac{3n+1}{2n+1} - \frac{3}{2} \right| = \frac{1}{2(2n+1)}.$
令 $\frac{1}{2(2n+1)} < \epsilon$,解得 $n > \frac{1}{4\epsilon} - \frac{1}{2}$。
取 $N = \left\lceil \frac{1}{4\epsilon} \right\rceil$(或 $N = \left\lceil \frac{1}{4\epsilon} - \frac{1}{2} \right\rceil$),则当 $n > N$ 时,不等式成立。
结论:
$\boxed{\lim_{n \to \infty} \frac{3n+1}{2n+1} = \frac{3}{2}}$

解析

考查要点:本题主要考查利用ε-N定义证明数列极限的能力,需要掌握代数变形和不等式处理的技巧。

解题核心思路:

  1. 构造目标表达式:将数列与极限值的差写成绝对值形式,通过通分化简。
  2. 建立不等式:令化简后的表达式小于任意给定的ε,解关于n的不等式。
  3. 确定N的取值:根据解出的n范围,选取合适的自然数N,确保当n > N时不等式成立。

破题关键点:

  • 正确化简绝对值表达式,消除分子中的n项,得到与n相关的倒数形式。
  • 灵活处理不等式,通过代数变形将n的范围表示为关于ε的函数。
  • 合理选择N,确保N为自然数且满足条件。

步骤1:构造目标表达式
计算数列与极限值的差:
$\left| \frac{3n+1}{2n+1} - \frac{3}{2} \right| = \left| \frac{2(3n+1) - 3(2n+1)}{2(2n+1)} \right| = \left| \frac{-1}{2(2n+1)} \right| = \frac{1}{2(2n+1)}.$

步骤2:建立不等式
令上述表达式小于ε:
$\frac{1}{2(2n+1)} < \epsilon.$

步骤3:解不等式求n范围
变形得:
$2(2n+1) > \frac{1}{\epsilon} \implies 2n+1 > \frac{1}{2\epsilon} \implies n > \frac{1}{4\epsilon} - \frac{1}{2}.$

步骤4:确定N的取值
取自然数N为满足条件的最小整数,例如:
$N = \left\lceil \frac{1}{4\epsilon} \right\rceil \quad \text{或} \quad N = \left\lceil \frac{1}{4\epsilon} - \frac{1}{2} \right\rceil.$

结论:当n > N时,原不等式成立,故极限为$\frac{3}{2}$。

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