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  • 1 # 淡泊的星球OU

    拉鍊定理:數列 收斂的充要條件是它的兩個子數列 和 收斂並且極限值相同.

    以例題為例,分析基於拉鍊定理的遞推數列極限存在性證明思路與步驟:

    例:驗證數列

    逼近方程 在 附近的根.

    【分析】通過分析它的前幾項的值:

    發現數列的前5項的大小關系為

    {x_2}< {x_3} >{x_4}< {x_5} >\cdots " data-formula-type="block-equation">

    因此,無法判定它們的單調性. 但有界性容易得到,即有 ,或可以得到 .

    其實,這個例題也可以借助單調有界原理來進行證明。雖然該數列整體上不具有單調性,但是通過觀察發現,它的奇數項構成的子數列和偶數項構成的子數列具有可能的單調性。那麼,這個結論是不是成立,我們可以驗證一下:

    首先,藉助於數列的遞推關係式,可得兩數列的描述形式有:

    對於數列 :

    藉助於遞推關係式,可得

    所以由數學歸納法可得數列單調遞減,又由於有界,所以極限存在。從而有

    對於數列 :

    {x_2} = {1 \over 2} " data-formula-type="block-equation">

    藉助於遞推關係式,可得

    所以由數學歸納法可得數列單調遞增,又由於有界,所以極限存在。從而有

    由於 和 分別為數列 的奇數項構成的數列和偶數項構成的數列,它們的極限存在並且相等,所以由數列極限的拉鍊定理,可得原數列極限存在,並且就等於它們的極限值。並且這個極限值就為方程 在 附近的根.

    【注1】:這個證明過程與出現的數列的項的值,正好與我們在有些參考書上看到的,驗證由斐波那契數列的項 構成的一個比值數列 的極限存在性和求極限值的問題一樣,只不過這裡的數列的項為 。它們兩者只要一個存在並能求得極限值,當然另外一個也存在並且極限值互為倒數。

    數列 的遞推公式借助斐波那契數列遞推公式 可以得到:

    【注2】:這樣的數列的一個特徵是間隔一項具有單調性:如

    【注3】:斐波那契數列是由如下遞推公式確定的數列:

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