题目
3.试证明:极限 lim _(narrow infty )sin dfrac (npi )(2) 不存在.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查数列极限的存在性判断,特别是通过分析数列的周期性变化来证明极限不存在。
解题核心思路:
- 周期性分析:观察数列 $\sin \frac{n\pi}{2}$ 的取值规律,发现其周期为4,取值依次为 $1, 0, -1, 0$。
- 子数列法:通过构造不同子数列(如奇数项、偶数项等),证明这些子数列的极限不同,从而说明原数列极限不存在。
破题关键点:
- 明确周期性:确定数列的周期性是解题的关键,周期为4时取值重复。
- 构造矛盾子数列:选取不同子数列(如奇数项、偶数项)并计算它们的极限,若极限不同则原数列极限不存在。
步骤1:分析数列的周期性
当 $n$ 取自然数时,$\sin \frac{n\pi}{2}$ 的取值如下:
- $n=1$ 时,$\sin \frac{\pi}{2} = 1$;
- $n=2$ 时,$\sin \pi = 0$;
- $n=3$ 时,$\sin \frac{3\pi}{2} = -1$;
- $n=4$ 时,$\sin 2\pi = 0$;
- $n=5$ 时,$\sin \frac{5\pi}{2} = 1$,依此类推。
可见数列的周期为4,取值依次为 $1, 0, -1, 0$。
步骤2:构造不同子数列
- 奇数项子数列:令 $n=2k+1$($k=0,1,2,\dots$),则
$\sin \frac{(2k+1)\pi}{2} = \sin \left(k\pi + \frac{\pi}{2}\right) = 1.$
因此,该子数列的极限为 $1$。 - 偶数项子数列:令 $n=2k$($k=1,2,3,\dots$),则
$\sin \frac{2k\pi}{2} = \sin k\pi = 0.$
因此,该子数列的极限为 $0$。
步骤3:结论
由于存在两个子数列的极限分别为 $1$ 和 $0$,而它们的极限不相等,根据极限存在的必要条件(所有子数列的极限必须相等),原数列 $\sin \frac{n\pi}{2}$ 的极限不存在。