求极限lim _(narrow infty )(dfrac (1)({n)^2+n+1}+dfrac (2)({n)^2+n+2}+... +dfrac (n)({n)^2+n+n})=_____.
求极限
=_____.
题目解答
答案
当
时,有
,

又:
故

由夹逼准则有:
.
解析
考查要点:本题主要考查数列极限的计算,特别是利用夹逼定理处理求和形式的极限问题。
解题核心思路:
- 观察到分母中的$n^2$是主导项,但直接忽略低次项可能不够精确,因此考虑夹逼定理。
- 对每个分母$n^2 + n + i$进行上下界估计,从而将原求和式夹在两个更简单的表达式之间。
- 分别计算上下界的极限,若两者相等,则原极限值为此公共值。
破题关键点:
- 分母的上下界分析:当$i$从$1$到$n$时,分母的最小值为$n^2 + n + 1$,最大值为$n^2 + 2n$。
- 求和式的上下界构造:通过分母的上下界,将原求和式转化为两个更易处理的和式。
- 极限计算:利用等差数列求和公式和多项式展开,化简上下界的表达式,最终得到共同的极限值$\frac{1}{2}$。
步骤1:构造分母的上下界
对于每一项$\dfrac{i}{n^2 + n + i}$,当$i$从$1$到$n$时:
- 分母下界:$n^2 + n + i \geq n^2 + n + 1$
- 分母上界:$n^2 + n + i \leq n^2 + n + n = n^2 + 2n$
因此,原式可夹逼为:
$\sum_{i=1}^{n} \dfrac{i}{n^2 + 2n} \leq \sum_{i=1}^{n} \dfrac{i}{n^2 + n + i} \leq \sum_{i=1}^{n} \dfrac{i}{n^2 + n + 1}$
步骤2:计算上下界的极限
下界分析
下界和式为:
$\sum_{i=1}^{n} \dfrac{i}{n^2 + 2n} = \dfrac{1 + 2 + \cdots + n}{n^2 + 2n} = \dfrac{\dfrac{n(n+1)}{2}}{n^2 + 2n}$
化简分子分母:
$= \dfrac{n(n+1)/2}{n(n + 2)} = \dfrac{n+1}{2(n + 2)} \xrightarrow{n \to \infty} \dfrac{1}{2}$
上界分析
上界和式为:
$\sum_{i=1}^{n} \dfrac{i}{n^2 + n + 1} = \dfrac{1 + 2 + \cdots + n}{n^2 + n + 1} = \dfrac{\dfrac{n(n+1)}{2}}{n^2 + n + 1}$
化简分子分母:
$= \dfrac{n(n+1)/2}{n^2 + n + 1} \xrightarrow{n \to \infty} \dfrac{n^2/2}{n^2} = \dfrac{1}{2}$
步骤3:应用夹逼定理
由于上下界的极限均为$\dfrac{1}{2}$,根据夹逼定理,原极限值为:
$\lim_{n \to \infty} \sum_{i=1}^{n} \dfrac{i}{n^2 + n + i} = \dfrac{1}{2}$