题目
[题目] lim _(narrow infty )(dfrac (1)({n)^2+1}+dfrac (2)({n)^2+2}+... +dfrac (n)({n)^2+n}) __

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查数列极限的计算,特别是利用夹逼法则处理求和形式的极限问题。
解题核心思路:
将求和式中的每一项$\dfrac{k}{n^2 +k}$进行上下界估计,通过构造两个易于求和的表达式,分别作为原式的下界和上界,再利用夹逼法则求出极限。
破题关键点:
- 分母的放缩:对于每一项$\dfrac{k}{n^2 +k}$,当$k$从$1$到$n$时,分母$n^2 +k$的最小值为$n^2 +1$,最大值为$n^2 +n$。
- 求和转换:将原式夹在$\sum \dfrac{k}{n^2 +n}$和$\sum \dfrac{k}{n^2 +1}$之间,通过求和公式化简后取极限。
步骤1:构造上下界
对于每一项$\dfrac{k}{n^2 +k}$,当$k \in [1, n]$时:
- 下界:分母取最大值$n^2 +n$,即$\dfrac{k}{n^2 +k} \geq \dfrac{k}{n^2 +n}$
- 上界:分母取最小值$n^2 +1$,即$\dfrac{k}{n^2 +k} \leq \dfrac{k}{n^2 +1}$
步骤2:求和并化简
将不等式逐项相加,得到:
$\sum_{k=1}^n \dfrac{k}{n^2 +n} \leq \sum_{k=1}^n \dfrac{k}{n^2 +k} \leq \sum_{k=1}^n \dfrac{k}{n^2 +1}$
提取公因式后:
$\dfrac{1}{n^2 +n} \cdot \dfrac{n(n+1)}{2} \leq S \leq \dfrac{1}{n^2 +1} \cdot \dfrac{n(n+1)}{2}$
其中$S$为原式。
步骤3:取极限
对上下界分别取极限:
- 下界极限:$\lim_{n \to \infty} \dfrac{n(n+1)/2}{n^2 +n} = \lim_{n \to \infty} \dfrac{n^2/2}{n^2} = \dfrac{1}{2}$
- 上界极限:$\lim_{n \to \infty} \dfrac{n(n+1)/2}{n^2 +1} = \lim_{n \to \infty} \dfrac{n^2/2}{n^2} = \dfrac{1}{2}$
结论:根据夹逼法则,原式的极限为$\dfrac{1}{2}$。