下列数列发散的是()。A. 0.9,0.99,0.999,…;B. 1-(1)/(2), 1+(1)/(2), 1-(1)/(3), 1+(1)/(3),…;C. (-1)^n(n)/(n+1);D. (2^n+(-1)^n)/(2^n).
A. 0.9,0.99,0.999,…;
B. $ 1-\frac{1}{2}$,$ 1+\frac{1}{2}$,$ 1-\frac{1}{3}$,$ 1+\frac{1}{3}$,…;
C. $\left\{(-1)^n\frac{n}{n+1}\right\}$;
D. $\left\{\frac{2^n+(-1)^n}{2^n}\right\}$.
题目解答
答案
解析
本题考查数列发散的判断,解题思路是分别分析每个选项中数列的极限情况,若数列极限不存在,则该数列发散。
选项A
该数列的通项公式为$a_{n}=1 - \frac{1}{10^{n}}$。
求$\lim\limits_{n \to \infty} a_{n}$,即$\lim\limits_{n \to \infty} (1 - \frac{1}{10^{n}})$。
根据极限的运算法则$\lim\limits_{n \to \infty} (A - B)=\lim\limits_{n \to \infty} A - \lim\limits_{n \to \infty} B$,可得:
$\lim\limits_{n \to \infty} (1 - \frac{1}{10^{n}})=\lim\limits_{n \to \infty} 1 - \lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{10^{n}}$
因为常数的极限就是其本身,所以$\lim\limits_{n \to \infty} 1 = 1$。
又因为当$n \to \infty$时,$10^{n} \to \infty$,那么$\frac{1}{10^{n}} \to 0$,即$\lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{10^{n}} = 0$。
所以$\lim\limits_{n \to \infty} (1 - \frac{1}{10^{n}})=1 - 0 = 1$,该数列极限存在,所以数列收敛。
选项B
将数列$1 - \frac{1}{2}$,$1 + \frac{1}{2}$,$1 - \frac{1}{3}$,$1 + \frac{1}{3}$,…的奇数项和偶数项分开来看。
奇数项构成的数列为$b_{n}=1 - \frac{1}{n + 1}$($n$为奇数),求$\lim\limits_{n \to \infty} b_{n}$,即$\lim\limits_{n \to \infty} (1 - \frac{1}{n + 1})$。
同样根据极限的运算法则$\lim\limits_{n \to \infty} (A - B)=\lim\limits_{n \to \infty} A - \lim\limits_{n \to \infty} B$,可得:
$\lim\limits_{n \to \infty} (1 - \frac{1}{n + 1})=\lim\limits_{n \to \infty} 1 - \lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{n + 1}$
$\lim\limits_{n \to \infty} 1 = 1$,当$n \to \infty$时,$n + 1 \to \infty$,那么$\frac{1}{n + 1} \to 0$,即$\lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{n + 1} = 0$。
所以$\lim\limits_{n \to \infty} (1 - \frac{1}{n + 1})=1 - 0 = 1$。
偶数项构成的数列为$c_{n}=1 + \frac{1}{n}$($n$为偶数),求$\lim\limits_{n \to \infty} c_{n}$,即$\lim\limits_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{n})$。
根据极限的运算法则$\lim\limits_{n \to \infty} (A + B)=\lim\limits_{n \to \infty} A + \lim\limits_{n \to \infty} B$,可得:
$\lim\limits_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{n})=\lim\limits_{n \to \infty} 1 + \lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{n}$
$\lim\limits_{n \to \infty} 1 = 1$,当$n \to \infty$时,$\frac{1}{n} \to 0$,即$\lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{n} = 0$。
所以$\lim\limits_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{n})=1 + 0 = 1$。
奇数项和偶数项的极限都为$1$,所以原数列的极限为$1$,该数列收敛。
选项C
对于数列$\{(-1)^{n}\frac{n}{n + 1}\}$,同样将奇数项和偶数项分开来看。
奇数项构成的数列为$d_{n}=(-1)^{n}\frac{n}{n + 1}$($n$为奇数),$\lim\limits_{n \to \infty} d_{n}=\lim\limits_{n \to \infty} (-1)^{n}\frac{n}{n + 1}$。
先求$\lim\limits_{n \to \infty} \frac{n}{n + 1}$,分子分母同时除以$n$,得到$\lim\limits_{n \to \infty} \frac{n}{n + 1}=\lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{1 + \frac{1}{n}}$。
当$n \to \infty$时,$\frac{1}{n} \to 0$,所以$\lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{1 + \frac{1}{n}}=\frac{1}{1 + 0}=1$。
因为$n$为奇数时,$(-1)^{n}=-1$,所以$\lim\limits_{n \to \infty} d_{n}=-1$。
偶数项构成的数列为$e_{n}=(-1)^{n}\frac{n}{n + 1}$($n$为偶数),$\lim\limits_{n \to \infty} e_{n}=\lim\limits_{n \to \infty} (-1)^{n}\frac{n}{n + 1}$。
同样$\lim\limits_{n \to \infty} \frac{n}{n + 1}=1$,因为$n$为偶数时,$(-1)^{n}=1$,所以$\lim\limits_{n \to \infty} e_{n}=1$。
奇数项极限为$-1$,偶数项极限为$1$,奇数项和偶数项极限不相等,所以原数列极限不存在,该数列发散。
选项D
对于数列$\{\frac{2^{n}+(-1)^{n}}{2^{n}}\}$,先将其化简为$\frac{2^{n}+(-1)^{n}}{2^{n}} = 1 + \frac{(-1)^{n}}{2^{n}}$。
求$\lim\limits_{n \to \infty} \frac{2^{n}+(-1)^{n}}{2^{n}}$,即$\lim\limits_{n \to \infty} (1 + \frac{(-1)^{n}}{2^{n}})$。
根据极限的运算法则$\lim\limits_{n \to \infty} (A + B)=\lim\limits_{n \to \infty} A + \lim\limits_{n \to \infty} B$,可得:
$\lim\limits_{n \to \infty} (1 + \frac{(-1)^{n}}{2^{n}})=\lim\limits_{n \to \infty} 1 + \lim\limits_{n \to \infty} \frac{(-1)^{n}}{2^{n}}$
$\lim\limits_{n \to \infty} 1 = 1$,因为$\vert\frac{(-1)^{n}}{2^{n}}\vert=\frac{1}{2^{n}}$,当$n \to \infty$时,$2^{n} \to \infty$,那么$\frac{1}{2^{n}} \to 0$,所以$\lim\limits_{n \to \infty} \frac{(-1)^{n}}{2^{n}} = 0$。
所以$\lim\limits_{n \to \infty} (1 + \frac{(-1)^{n}}{2^{n}})=1 + 0 = 1$,该数列极限存在,所以数列收敛。