题目
求下列极限:lim _(narrow infty )(dfrac (1)(sqrt {{n)^2+1}}+dfrac (1)(sqrt {{n)^2+2}}+... +dfrac (1)(sqrt {{n)^2+n}}).
求下列极限:
.
题目解答
答案
夹逼准则:
,
,
,则
.
解析
考查要点:本题主要考查数列极限的计算,特别是利用夹逼准则(夹挤定理)处理和式极限的能力。
解题核心思路:
- 观察和式中的每一项形式,发现分母中的根号项可以近似为$n$,但需要严格估计上下界。
- 构造上下界:通过比较分母的大小关系,将原和式夹在两个易于求极限的表达式之间。
- 化简边界表达式:利用等价无穷小或分母展开的方法,求出上下界的极限值。
- 应用夹逼准则:若上下界的极限相同,则原和式的极限也为该值。
破题关键点:
- 正确估计每一项的大小,找到合适的上下界。
- 准确化简边界表达式,特别是处理根号中的$n^2 + k$项。
步骤1:分析和式中的每一项
和式中的通项为$\dfrac{1}{\sqrt{n^2 + k}}$,其中$k$从$1$到$n$。当$n$很大时,$\sqrt{n^2 + k} \approx n$,因此每一项近似为$\dfrac{1}{n}$,整个和式近似为$n \cdot \dfrac{1}{n} = 1$。但需严格证明。
步骤2:构造上下界
- 下界:当$k$取最大值$n$时,分母$\sqrt{n^2 + n}$最大,因此每一项最小。和式下界为:
$\sum_{k=1}^n \dfrac{1}{\sqrt{n^2 + n}} = n \cdot \dfrac{1}{\sqrt{n^2 + n}}.$ - 上界:当$k$取最小值$1$时,分母$\sqrt{n^2 + 1}$最小,因此每一项最大。和式上界为:
$\sum_{k=1}^n \dfrac{1}{\sqrt{n^2 + 1}} = n \cdot \dfrac{1}{\sqrt{n^2 + 1}}.$
步骤3:化简上下界
-
下界化简:
$\dfrac{n}{\sqrt{n^2 + n}} = \dfrac{n}{n\sqrt{1 + \dfrac{1}{n}}} = \dfrac{1}{\sqrt{1 + \dfrac{1}{n}}}.$
当$n \to \infty$时,$\dfrac{1}{n} \to 0$,故极限为$1$。 -
上界化简:
$\dfrac{n}{\sqrt{n^2 + 1}} = \dfrac{n}{n\sqrt{1 + \dfrac{1}{n^2}}} = \dfrac{1}{\sqrt{1 + \dfrac{1}{n^2}}}.$
当$n \to \infty$时,$\dfrac{1}{n^2} \to 0$,故极限也为$1$。
步骤4:应用夹逼准则
由于原和式满足:
$\dfrac{n}{\sqrt{n^2 + n}} < \sum_{k=1}^n \dfrac{1}{\sqrt{n^2 + k}} < \dfrac{n}{\sqrt{n^2 + 1}},$
且上下界的极限均为$1$,根据夹逼准则,原和式的极限为$1$。