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数学
题目

37.(2023,3题,5分)已知x_{n)},y_{n)}满足:x_(1)=y_(1)=(1)/(2),x_(n+1)=sin x_(n),y_(n+1)=y_(n)^2(n=1,2,...),则当n→∞时,A. x_(n)是y_(n)的高阶无穷小.B. y_(n)是x_(n)的高阶无穷小.C. x_(n)与y_(n)是等价无穷小.D. x_(n)与y_(n)是同阶但不等价的无穷小.

37.(2023,3题,5分)已知$\{x_{n}\}$,$\{y_{n}\}$满足:$x_{1}=y_{1}=\frac{1}{2}$,$x_{n+1}=\sin x_{n}$,$y_{n+1}=y_{n}^{2}(n=1,2,\cdots)$,则当n→∞时,

A. $x_{n}$是$y_{n}$的高阶无穷小.

B. $y_{n}$是$x_{n}$的高阶无穷小.

C. $x_{n}$与$y_{n}$是等价无穷小.

D. $x_{n}$与$y_{n}$是同阶但不等价的无穷小.

题目解答

答案

B. $y_{n}$是$x_{n}$的高阶无穷小.

解析

考查要点:本题主要考查递推数列的收敛速度比较,涉及无穷小阶的判断。关键在于分析两个数列$\{x_n\}$和$\{y_n\}$的渐进行为,确定它们的收敛速率关系。

解题思路:

  1. 分析$\{x_n\}$的收敛速度:利用$\sin x \approx x - \frac{x^3}{6}$展开,推导出$x_n$的渐近表达式,发现其收敛速度为$\frac{1}{\sqrt{n}}$。
  2. 分析$\{y_n\}$的收敛速度:通过递推公式$y_{n+1} = y_n^2$,得出通项$y_n = \left(\frac{1}{2}\right)^{2^{n-1}}$,其收敛速度为指数级衰减。
  3. 比较两数列收敛速度:通过比值$\frac{y_n}{x_n}$的极限判断阶的高低,指数衰减远快于多项式衰减,故$y_n$是$x_n$的高阶无穷小。

数列$\{x_n\}$的分析

  1. 递推关系:$x_{n+1} = \sin x_n$。
  2. 泰勒展开近似:当$x_n$较小时,$\sin x_n \approx x_n - \frac{x_n^3}{6}$,故$x_{n+1} \approx x_n - \frac{x_n^3}{6}$。
  3. 差分方程近似:将递推关系视为差分方程$\Delta x \approx -\frac{x^3}{6}$,解得$x_n \approx \sqrt{\frac{3}{n}}$(当$n$较大时)。

数列$\{y_n\}$的分析

  1. 递推关系:$y_{n+1} = y_n^2$。
  2. 通项公式:递推得$y_n = \left(\frac{1}{2}\right)^{2^{n-1}}$,即指数级衰减。

收敛速度比较

  1. 比值计算:$\frac{y_n}{x_n} \approx \frac{\left(\frac{1}{2}\right)^{2^{n-1}}}{\sqrt{\frac{3}{n}}} = \left(\frac{1}{2}\right)^{2^{n-1}} \cdot \sqrt{\frac{n}{3}}$。
  2. 极限分析:指数函数$\left(\frac{1}{2}\right)^{2^{n-1}}$的衰减速度远快于$\sqrt{n}$的增长,故$\lim_{n \to \infty} \frac{y_n}{x_n} = 0$,说明$y_n$是$x_n$的高阶无穷小。

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