求极限 lim _(narrow infty )(dfrac (1)(4)+dfrac (1)(28)+dfrac (1)(70)+... +dfrac (1)(9{n)^2-3n-2}).

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查数列求和中的裂项相消法,以及利用极限求和的方法处理无穷级数。
解题核心思路:
- 分解分母:将分母 $9k^2 -3k -2$ 分解为两个一次因式的乘积,便于拆分。
- 部分分式分解:将分式拆分为两个分数的差,构造望远镜效应,使中间项相互抵消。
- 求和化简:通过逐项抵消得到前$n$项和的表达式,最后取极限。
破题关键点:
- 正确分解分母是裂项的前提,需验证分解结果是否正确。
- 部分分式系数的求解需通过方程组确定,确保拆分后的形式与原式等价。
- 观察抵消规律,明确剩余项的表达式,避免计算错误。
分解分母
分母 $9k^2 -3k -2$ 可分解为:
$9k^2 -3k -2 = (3k+1)(3k-2).$
部分分式分解
将 $\dfrac{1}{(3k+1)(3k-2)}$ 拆分为:
$\dfrac{1}{(3k+1)(3k-2)} = \dfrac{1}{3} \left( \dfrac{1}{3k-2} - \dfrac{1}{3k+1} \right).$
求和展开
原式可展开为:
$\begin{aligned}\sum_{k=1}^n \dfrac{1}{9k^2 -3k -2} &= \dfrac{1}{3} \sum_{k=1}^n \left( \dfrac{1}{3k-2} - \dfrac{1}{3k+1} \right) \\&= \dfrac{1}{3} \left[ \left(1 - \dfrac{1}{4}\right) + \left(\dfrac{1}{4} - \dfrac{1}{7}\right) + \cdots + \left(\dfrac{1}{3n-2} - \dfrac{1}{3n+1}\right) \right].\end{aligned}$
望远镜效应
中间项 $\dfrac{1}{4}, \dfrac{1}{7}, \ldots, \dfrac{1}{3n-2}$ 相互抵消,剩余首项 $1$ 和末项 $-\dfrac{1}{3n+1}$:
$\sum_{k=1}^n \dfrac{1}{9k^2 -3k -2} = \dfrac{1}{3} \left( 1 - \dfrac{1}{3n+1} \right).$
取极限
当 $n \to \infty$ 时,$\dfrac{1}{3n+1} \to 0$,故极限值为:
$\lim_{n \to \infty} \dfrac{1}{3} \left( 1 - \dfrac{1}{3n+1} \right) = \dfrac{1}{3}.$