3.根据数列极限的定义证明:lim_(ntoinfty)(3n+1)/(2n+1)=(3)/(2).
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查利用数列极限的定义进行严格证明的能力,需要掌握极限定义的逻辑结构,以及如何通过代数变形找到合适的自然数$N$。
解题核心思路:
- 计算差值:求通项与极限值的差的绝对值,即$\left| \frac{3n+1}{2n+1} - \frac{3}{2} \right|$。
- 化简表达式:通过通分、化简,将差值转化为与$n$相关的表达式。
- 解不等式:根据定义,令化简后的表达式小于任意给定的$\xi > 0$,解出$n$的范围。
- 确定$N$:根据解出的$n$范围,选取适当的自然数$N$,完成证明。
破题关键点:
- 正确化简差值是基础,需注意分母的通分和分子的展开。
- 解不等式时,需注意不等号方向的变化及整数$N$的取法(通常用天花板函数$\lceil \cdot \rceil$)。
步骤1:计算差值的绝对值
首先计算$\frac{3n+1}{2n+1}$与$\frac{3}{2}$的差:
$\begin{aligned}\left| \frac{3n+1}{2n+1} - \frac{3}{2} \right| &= \left| \frac{2(3n+1) - 3(2n+1)}{2(2n+1)} \right| \\&= \left| \frac{6n + 2 - 6n - 3}{2(2n+1)} \right| \\&= \left| \frac{-1}{4n + 2} \right| \\&= \frac{1}{4n + 2}.\end{aligned}$
步骤2:解不等式$\frac{1}{4n+2} < \xi$
根据数列极限的定义,需找到$N$使得当$n > N$时,$\frac{1}{4n+2} < \xi$。解不等式:
$\frac{1}{4n+2} < \xi \implies 4n + 2 > \frac{1}{\xi} \implies n > \frac{1}{4\xi} - \frac{1}{2}.$
步骤3:确定自然数$N$
取$N$为满足$N \geq \frac{1}{4\xi} - \frac{1}{2}$的最小整数,即:
$N = \left\lceil \frac{1}{4\xi} - \frac{1}{2} \right\rceil.$
步骤4:完成证明
当$n > N$时,$\left| \frac{3n+1}{2n+1} - \frac{3}{2} \right| < \xi$,根据数列极限定义,原式得证。