题目
【例8】求极限lim_(ntoinfty)(2^n)/(n!). 【方法1】由于n足够大时有 0<(2^n)/(n!)=(2times2times2times...times2)/(1times2times3times...times n)=(2)/(1)times(2times2times...times2)/(2times3times...times(n-1))times(2)/(n)<(4)/(n).又lim_(ntoinfty)(4)/(n)=0,由夹逼准则知lim_(ntoinfty)(2^n)/(n!)=0.
【例8】求极限$\lim_{n\to\infty}\frac{2^{n}}{n!}$.
【方法1】由于n足够大时有
$ 0<\frac{2^{n}}{n!}=\frac{2\times2\times2\times\cdots\times2}{1\times2\times3\times\cdots\times n}=\frac{2}{1}\times\frac{2\times2\times\cdots\times2}{2\times3\times\cdots\times(n-1)}\times\frac{2}{n}<\frac{4}{n}.$
又$\lim_{n\to\infty}\frac{4}{n}=0$,由夹逼准则知
$\lim_{n\to\infty}\frac{2^{n}}{n!}=0.$
题目解答
答案
将 $\frac{2^n}{n!}$ 写为 $\frac{2}{1} \times \frac{2}{2} \times \frac{2}{3} \times \cdots \times \frac{2}{n}$。
注意到 $\frac{2}{1} = 2$,$\frac{2}{2} = 1$,且 $\frac{2}{k} < 1$($k \geq 3$),故
\[
\frac{2^n}{n!} \leq 2 \times 1 \times \frac{2}{3} \times \cdots \times \frac{2}{n} \leq \frac{4}{n}.
\]
由夹逼准则,因 $\lim_{n \to \infty} \frac{4}{n} = 0$,得
\[
\lim_{n \to \infty} \frac{2^n}{n!} = 0.
\]
答案:$\boxed{0}$
解析
考查要点:本题主要考查数列极限的求解方法,特别是利用夹逼准则处理阶乘与指数函数的比值问题。
解题核心思路:
- 比较阶乘与指数函数的增长速率:阶乘函数$n!$的增长速度远快于指数函数$2^n$,当$n$足够大时,分母的增长将主导整个表达式,使分数趋向于$0$。
- 分解分子与分母的结构:将$\frac{2^n}{n!}$拆分为多个分数相乘的形式,分析每一项的大小关系,找到合适的上界。
- 应用夹逼准则:通过构造不等式,将原式与易求极限的数列(如$\frac{4}{n}$)进行比较,从而确定极限值。
破题关键点:
- 拆分比值:将$\frac{2^n}{n!}$写成$\frac{2}{1} \times \frac{2}{2} \times \frac{2}{3} \times \cdots \times \frac{2}{n}$,观察到从第三项开始,每一项$\frac{2}{k} < 1$($k \geq 3$)。
- 构造上界:通过分析前几项的乘积,结合剩余项的递减性,推导出整体表达式被$\frac{4}{n}$控制。
步骤1:拆分表达式
将$\frac{2^n}{n!}$展开为连乘形式:
$\frac{2^n}{n!} = \frac{2}{1} \times \frac{2}{2} \times \frac{2}{3} \times \cdots \times \frac{2}{n}.$
步骤2:分析各项大小
- 前两项分别为$\frac{2}{1} = 2$和$\frac{2}{2} = 1$。
- 当$k \geq 3$时,$\frac{2}{k} < 1$,因此后续所有项的乘积均小于$1$。
步骤3:构造不等式
从第三项开始,每一项$\frac{2}{k} \leq \frac{2}{3}$($k \geq 3$),因此:
$\frac{2^n}{n!} \leq 2 \times 1 \times \left( \frac{2}{3} \right)^{n-2}.$
步骤4:进一步简化上界
注意到$\left( \frac{2}{3} \right)^{n-2}$随$n$增大指数级衰减,但此处更直接的方式是通过观察前几项的乘积:
$\frac{2^n}{n!} \leq 2 \times 1 \times \frac{2}{3} \times \cdots \times \frac{2}{n} \leq \frac{4}{n}.$
步骤5:应用夹逼准则
由于$\lim_{n \to \infty} \frac{4}{n} = 0$,且$0 < \frac{2^n}{n!} \leq \frac{4}{n}$,根据夹逼准则,得:
$\lim_{n \to \infty} \frac{2^n}{n!} = 0.$