题目
11) lim_(n to infty) (1 + (1)/(2) + (1)/(4) + ... + (1)/(2^n));
11) $\lim_{n \to \infty} \left(1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \cdots + \frac{1}{2^n}\right);$
题目解答
答案
原式为等比数列求和的极限问题。设 $ S_n = 1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \cdots + \frac{1}{2^n} $,该数列首项 $ a = 1 $,公比 $ r = \frac{1}{2} $。根据等比数列求和公式:
\[
S_n = \frac{1 - \left(\frac{1}{2}\right)^{n+1}}{1 - \frac{1}{2}} = \frac{1 - \frac{1}{2^{n+1}}}{\frac{1}{2}} = 2 \left(1 - \frac{1}{2^{n+1}}\right)
\]
当 $ n \to \infty $ 时,$ \frac{1}{2^{n+1}} \to 0 $,故:
\[
\lim_{n \to \infty} S_n = \lim_{n \to \infty} 2 \left(1 - \frac{1}{2^{n+1}}\right) = 2
\]
因此,极限为 $ 2 $。
答案:$ 2 $
解析
考查要点:本题主要考查无穷等比数列的求和及其极限的应用。关键在于识别数列的类型,并正确应用等比数列求和公式。
解题思路:
- 识别数列类型:观察数列各项,发现每一项与前一项的比值恒为$\frac{1}{2}$,因此是公比$r=\frac{1}{2}$的等比数列。
- 应用求和公式:利用等比数列前$n+1$项和公式$S_n = \frac{a_1(1 - r^{n+1})}{1 - r}$,其中首项$a_1=1$。
- 求极限:当$n \to \infty$时,由于$|r| < 1$,$\frac{1}{2^{n+1}} \to 0$,从而得到极限值。
步骤1:确定数列类型
数列$1, \frac{1}{2}, \frac{1}{4}, \cdots, \frac{1}{2^n}$是等比数列,首项$a_1=1$,公比$r=\frac{1}{2}$。
步骤2:写出前$n+1$项和公式
根据等比数列求和公式:
$S_n = \frac{1 \cdot \left(1 - \left(\frac{1}{2}\right)^{n+1}\right)}{1 - \frac{1}{2}} = \frac{1 - \frac{1}{2^{n+1}}}{\frac{1}{2}} = 2\left(1 - \frac{1}{2^{n+1}}\right)$
步骤3:求极限
当$n \to \infty$时,$\frac{1}{2^{n+1}} \to 0$,因此:
$\lim_{n \to \infty} S_n = \lim_{n \to \infty} 2\left(1 - \frac{1}{2^{n+1}}\right) = 2 \times 1 = 2$