下列各题中,哪些数列收敛,哪些数列发散?对收敛数列,通过观察 x_n 的变化趋势,写出它们的极限:(1) (1)/(2^n);
下列各题中,哪些数列收敛,哪些数列发散?对收敛数列,通过观察 $\{x_n\}$ 的变化趋势,写出它们的极限: (1) $\left\{\frac{1}{2^n}\right\}$;
题目解答
答案
我们来分析题目中的数列:
题目给出的数列是:
(1) $\left\{\frac{1}{2^n}\right\}$
第一步:理解数列的定义
这个数列的通项是:
$x_n = \frac{1}{2^n}$
其中 $n$ 是正整数,从 $n = 1$ 开始(有时也可能从 $n=0$ 开始,但通常在数列中若未特别说明,$n$ 从 1 开始)。我们先写出前几项观察趋势。
第二步:计算前几项,观察变化趋势
当 $n = 1$:$x_1 = \frac{1}{2^1} = \frac{1}{2} = 0.5$
当 $n = 2$:$x_2 = \frac{1}{2^2} = \frac{1}{4} = 0.25$
当 $n = 3$:$x_3 = \frac{1}{2^3} = \frac{1}{8} = 0.125$
当 $n = 4$:$x_4 = \frac{1}{16} = 0.0625$
当 $n = 5$:$x_5 = \frac{1}{32} \approx 0.03125$
当 $n = 6$:$x_6 = \frac{1}{64} \approx 0.015625$
……
可以看到,随着 $n$ 增大,分母 $2^n$ 增长得非常快(指数增长),而分子始终是 1,因此整个分数越来越小,趋近于 0。
第三步:判断收敛还是发散
一个数列收敛,是指当 $n \to \infty$ 时,$x_n$ 趋近于某个确定的实数极限。
在这里,$\lim_{n \to \infty} \frac{1}{2^n} = 0$,因为 $2^n \to \infty$,所以其倒数趋于 0。
因此,该数列 收敛。
第四步:写出极限
$\lim_{n \to \infty} \frac{1}{2^n} = 0$
最终结论:
数列 $\left\{\frac{1}{2^n}\right\}$ 是 收敛的,其极限为:
$\boxed{0}$
解析
考查要点:本题主要考查数列的收敛性判断及极限求解,重点在于理解指数函数的衰减特性。
解题核心思路:
- 观察通项形式:数列通项为$\frac{1}{2^n}$,即$(\frac{1}{2})^n$,属于指数函数形式。
- 判断趋势:当底数$|r| < 1$时,$r^n$随$n$增大趋近于$0$。
- 结论:数列收敛,极限为$0$。
破题关键点:
- 指数函数性质:明确底数$\frac{1}{2}$的绝对值小于$1$,因此其$n$次方会无限趋近于$0$。
- 极限定义:直接应用极限公式$\lim_{n \to \infty} r^n = 0$($|r| < 1$)。
第(1)题
分析通项形式
数列通项为:
$x_n = \frac{1}{2^n} = \left( \frac{1}{2} \right)^n$
其中底数$\frac{1}{2}$满足$0 < \frac{1}{2} < 1$。
观察数列趋势
计算前几项:
- $x_1 = \frac{1}{2} = 0.5$
- $x_2 = \frac{1}{4} = 0.25$
- $x_3 = \frac{1}{8} = 0.125$
- $x_4 = \frac{1}{16} = 0.0625$
- ……
可见,随着$n$增大,$x_n$逐渐减小,且趋近于$0$。
应用极限公式
根据指数函数性质:
$\lim_{n \to \infty} r^n = 0 \quad (|r| < 1)$
代入$r = \frac{1}{2}$,得:
$\lim_{n \to \infty} \left( \frac{1}{2} \right)^n = 0$
结论
数列$\left\{ \frac{1}{2^n} \right\}$收敛,其极限为$0$。