题目
14.填空题lim_(ntoinfty)(1+(1)/(3)+(1)/(9)+...+(1)/(3^n))=_
14.填空题
$\lim_{n\to\infty}(1+\frac{1}{3}+\frac{1}{9}+\cdots+\frac{1}{3^{n}})=\_ $
题目解答
答案
该极限表达式为等比数列的和,首项 $a = 1$,公比 $r = \frac{1}{3}$。根据等比数列求和公式:
$S_{n+1} = \frac{1 - r^{n+1}}{1 - r} = \frac{1 - \left(\frac{1}{3}\right)^{n+1}}{1 - \frac{1}{3}} = \frac{3}{2} \left(1 - \frac{1}{3^{n+1}}\right)$
当 $n \to \infty$ 时,$\frac{1}{3^{n+1}} \to 0$,故:
$\lim_{n \to \infty} S_{n+1} = \frac{3}{2} \times (1 - 0) = \frac{3}{2}$
答案: $\boxed{\frac{3}{2}}$
解析
本题考查等比数列求和公式以及数列极限的计算。解题思路是先判断所给数列的类型,确定其首项和公比,然后利用等比数列求和公式求出前$n + 1$项和的表达式,最后根据极限的运算法则求出当$n\to\infty$时该和的极限。
- 判断数列类型并确定首项和公比:
- 观察数列$1,\frac{1}{3},\frac{1}{9},\cdots,\frac{1}{3^{n}}$,从第二项起,每一项与它的前一项的比值都等于$\frac{1}{3}$,所以该数列是首项$a = 1$,公比$r=\frac{1}{3}$的等比数列。
- 计算等比数列的前$n + 1$项和$S_{n + 1}$:
- 根据等比数列求和公式$S_{n}=\frac{a(1 - r^{n})}{1 - r}$(其中$a$为首项,$r$为公比,$n$为项数),对于本题的数列,项数为$n + 1$,则其前$n + 1$项和为:
$S_{n+1}=\frac{1\times\left[1 - \left(\frac{1}{3}\right)^{n+1}\right]}{1 - \frac{1}{3}}$ - 对$\frac{1\times\left[1 - \left(\frac{1}{3}\right)^{n+1}\right]}{1 - \frac{1}{3}}$进行化简:
$S_{n+1}=\frac{1 - \left(\frac{1}{3}\right)^{n+1}}{\frac{2}{3}}=\frac{3}{2}\left(1 - \frac{1}{3^{n+1}}\right)$
- 根据等比数列求和公式$S_{n}=\frac{a(1 - r^{n})}{1 - r}$(其中$a$为首项,$r$为公比,$n$为项数),对于本题的数列,项数为$n + 1$,则其前$n + 1$项和为:
- 求极限$\lim_{n\to\infty}S_{n + 1}$:
- 根据极限的运算法则$\lim_{n\to\infty}(c\cdot f(n)) = c\cdot\lim_{n\to\infty}f(n)$($c$为常数),可得:
$\lim_{n\to\infty}S_{n+1}=\lim_{n\to\infty}\frac{3}{2}\left(1 - \frac{1}{3^{n+1}}\right)=\frac{3}{2}\lim_{n\to\infty}\left(1 - \frac{1}{3^{n+1}}\right)$ - 再根据极限的运算法则$\lim_{n\to\infty}(f(n)-g(n))=\lim_{n\to\infty}f(n)-\lim_{n\to\infty}g(n)$,可得:
$\frac{3}{2}\lim_{n\to\infty}\left(1 - \frac{1}{3^{n+1}}\right)=\frac{3}{2}\left(\lim_{n\to\infty}1-\lim_{n\to\infty}\frac{1}{3^{n+1}}\right)$ - 因为常数的极限就是其本身,所以$\lim_{n\to\infty}1 = 1$;又因为当$n\to\infty$时,指数函数$3^{n + 1}\to\infty$,那么$\frac{1}{3^{n+1}}\to0$,即$\lim_{n\to\infty}\frac{1}{3^{n+1}} = 0$。
- 将$\lim_{n\to\infty}1 = 1$和$\lim_{n\to\infty}\frac{1}{3^{n+1}} = 0$代入$\frac{3}{2}\left(\lim_{n\to\infty}1-\lim_{n\to\infty}\frac{1}{3^{n+1}}\right)$可得:
$\frac{3}{2}\left(1 - 0\right)=\frac{3}{2}$
- 根据极限的运算法则$\lim_{n\to\infty}(c\cdot f(n)) = c\cdot\lim_{n\to\infty}f(n)$($c$为常数),可得: