题目
1.[填空题]观察(1)/(sqrt(n^2)+1)+(1)/(sqrt(n^2)+2)+...+(1)/(sqrt(n^2)+n),并利用数列的放缩法,猜想当n→∞时,上述和趋近于____.
1.[填空题]
观察$\frac{1}{\sqrt{n^{2}+1}}+\frac{1}{\sqrt{n^{2}+2}}+\cdots+\frac{1}{\sqrt{n^{2}+n}}$,并利用数列的放缩法,猜想当n→∞时,上述和趋近于____.
题目解答
答案
考虑和式 $ S_n = \sum_{k=1}^n \frac{1}{\sqrt{n^2 + k}} $。
由不等式 $ \frac{1}{\sqrt{n^2 + n}} \leq \frac{1}{\sqrt{n^2 + k}} \leq \frac{1}{\sqrt{n^2 + 1}} $(对 $ k = 1, 2, \ldots, n $),
可得:
\[
\frac{n}{\sqrt{n^2 + n}} \leq S_n \leq \frac{n}{\sqrt{n^2 + 1}}.
\]
当 $ n \to \infty $ 时,两边极限均为 1,由夹逼定理知 $ \lim_{n \to \infty} S_n = 1 $。
**答案:** $\boxed{1}$
解析
考查要点:本题主要考查数列的放缩法(夹逼定理)的应用,以及对和式极限的分析能力。
解题核心思路:
- 确定每一项的上下界:观察到分母$\sqrt{n^2 + k}$随$k$增大而增大,因此每一项$\frac{1}{\sqrt{n^2 + k}}$随$k$增大而减小。
- 构建和式的上下界:利用最小项和最大项对和式进行放缩,得到两个更易处理的表达式。
- 计算上下界的极限:通过化简和取极限,验证上下界极限相同,从而应用夹逼定理确定原和式的极限。
破题关键点:
- 正确找到放缩的上下界,并确保放缩后的表达式可求极限。
- 灵活运用代数变形(如提取公因子$n$)简化极限计算。
考虑和式 $ S_n = \sum_{k=1}^n \frac{1}{\sqrt{n^2 + k}} $,分析如下:
步骤1:确定每一项的上下界
当$k$从$1$到$n$时,分母$\sqrt{n^2 + k}$随$k$增大而增大,因此:
$\frac{1}{\sqrt{n^2 + n}} \leq \frac{1}{\sqrt{n^2 + k}} \leq \frac{1}{\sqrt{n^2 + 1}}$
步骤2:构建和式的上下界
将不等式逐项相加,得到:
$\sum_{k=1}^n \frac{1}{\sqrt{n^2 + n}} \leq S_n \leq \sum_{k=1}^n \frac{1}{\sqrt{n^2 + 1}}$
即:
$\frac{n}{\sqrt{n^2 + n}} \leq S_n \leq \frac{n}{\sqrt{n^2 + 1}}$
步骤3:计算上下界的极限
- 下界极限:
$\frac{n}{\sqrt{n^2 + n}} = \frac{n}{n\sqrt{1 + \frac{1}{n}}} = \frac{1}{\sqrt{1 + \frac{1}{n}}} \xrightarrow{n \to \infty} 1$ - 上界极限:
$\frac{n}{\sqrt{n^2 + 1}} = \frac{n}{n\sqrt{1 + \frac{1}{n^2}}} = \frac{1}{\sqrt{1 + \frac{1}{n^2}}} \xrightarrow{n \to \infty} 1$
步骤4:应用夹逼定理
由于上下界极限均为$1$,根据夹逼定理,原和式极限为:
$\lim_{n \to \infty} S_n = 1$