每日一题(14)利用极限运算法则求极限

题:设函数 \(f(x) = a^x (a>0, a \ne 1)\),计算 \(\lim_{n\to\infty} \frac{1}{n^2}ln[f(1)f(2)\cdots f(n)]\)

解:

这道题很简单,只要利用基本的运算法则一步步推导即可。

欲计算 \(\lim_{n\to\infty} \frac{1}{n^2}ln[f(1)f(2)\cdots f(n)]\)

\( = \lim_{n\to\infty} \frac{1}{n^2}ln[a^1 a^2 a^3 \cdots a^n]\) \( = \lim_{n\to\infty} \frac{1}{n^2}ln[a^{1+2+3+\cdots +n}]\) \( = \lim_{n\to\infty} \frac{1}{n^2}ln[a^{\frac{(1+n)n}{2}}]\)

因为 \(ln^{a^b} = b ln^a\),原式继续推导:

\( = \lim_{n\to\infty} \frac{1}{n^2} {\frac{(1+n)n}{2}} ln(a)\) \( = \lim_{n\to\infty} \frac{n^2+n}{2n^2} ln(a)\) \( = \lim_{n\to\infty} (\frac{n^2}{2n^2} + \frac{n}{2n^2}) ln(a)\)

经过约分和展开,可以进行化简,得到最终的极限结果:

\( = \lim_{n\to\infty} [(\frac{1}{2} + \frac{1}{2n}) ln(a)]\) \( = \lim_{n\to\infty} [\frac{1}{2} ln(a) + \frac{1}{2n} ln(a)]\) \( = \frac{1}{2} ln(a)\)

虽然上面的推导和计算看上去似乎是“顺理成章、自然而然”的,但是我还是有一点困惑:题目中还给出了关于\(a\)的限定条件:\(a>0 , a \ne 1\),这个限定条件在上面的计算和推导过程中并没有用到,这显然是不正确、至少是不完善的。

所以我想还需要对这些限定条件推敲一下、它为什么会给出?要在那些推导细节处予以考虑?

Related Posts

每日一题(15)通过运算法则求极限

题:求极限 解: 1、题目中给出的计算式中含有两个算术级数表达式,但是因为形式上并不是计算通式,所以无法进行后续的推导,所以首先要先写成求和通式形式: 2、经过进一步的化简可以得到更简约的极限计算式: 3、至此会发现得到的极限计算是一个 形式,无法得到确切的结果。既然当前是 ,那么就设法令其计算因子的位置从分子调整到分母(或从分母调整到分子)上,看一看是否能有改善: 根号内计算式分子、分母同时乘以 4、至此发现调整之后依然是 的形式,并没有得到任何改善,因而上述思路并不顺利。重新观察上述推算,发现在第二步中,有毕达哥拉斯的味道,因而考虑分子、分母同时乘以一个共轭形式: 即: 5、再对分子、分母约分,即可得到 的极限形式,这个形式是有利于完成极限运算的: 至此,计算完成。 额外的,对于这个问题的图形,用sagemath绘制 进行观察,可以发现它的收敛非常快,当 时基本就已经逼近到收敛点附近了。

每日一题(16)求极限

题:求极限 心路历程: 1、这道题目乍看上去,直观的感觉结果是无穷大,但实际上计算得出的结果却是确定的、而并不是无穷大。至于为什么会有这种直觉与事实的偏差,要好好反思、总结一下; 2、题目中的极限是趋于“负无穷”的,这在实际计算、推导的时候需要注意。 解: 原式 = = = = = = 此时注意到 的取值是在负数、负无穷时刻的,因而有 继续推导 = = = = = = 这道题我之所以会觉得有些“不可思议”,是因为按照原式来看,其中只是两个多项式相加,并没有分数、即没有比值的概念,而结果的-50显然是一个“比值、比率”,因而可以断定原始的表达式含有着一个分数形式。虽然推导计算的时候的确构造出了这个分数,但是直观的想,却很难从原式中看出这个“分数”来。这是为什么呢? 实际带入了一些数据发现,我对“极限”的理解是存在误区的:极限并不一定是“比值”,上面结论的-50就不是比值,而是差值:是原始的计算式中两个计算项的差异比较: 虽然看上去是一个“加法”运算,但是因为 是在负数轴上移动,因而实际上是两个计算式的减法运算。换言之,上面的全部计算可以变换成如下的结论: ,也就是 和…

每日一题(17)求0/0型极限

题:求 心路历程: 这道题目的分子和分母在自变量趋于零时,同时趋于无穷小,因而无法利用运算法则直接完成推导与计算。考虑将分子或分母中的自变量约去,只保留分母或分子中的自变量。 然而直接进行约分并不可行,原因是分子中含有无理项,因而先尝试对分子进行有理化,看是否能够顺利将分子中的因数提取出来、从而与分母中形成公因数、完成约分操作,再进而观察后续计算是否能够得到简化。 解1: 1、首先对分子进行有里化: = = = = 2、经过一次分子有理化之后并没能得到公因数,但是显然的,分子只要再进行一次有理化就可以将分子中的根号消除了,所以不妨再继续进行分子有理化、以观察是否能够将问题简化: = = = 3、经过两次分子有理化之后,顺利的将分子中的根号消除,并且已经见到分子和分母存在着公因子,进行约分简化: = 4、此刻可以发现计算式已经不再是 类型,因而可以尝试进行极限运算: = = = = = = 至此,完成极限计算。 解2:使用洛必达法则 基于计算式推导进行极限的计算是比较劳累的事情,因为计算过程比较多、容易出错。相对简单的则是直接使用洛必达法则,也就是对分子和分母同时求导——分子、分母在逼近极限时,各自的收敛速度之比,与他们在逼近极限时,各自的速率变化之比,是相同的。…

每日一题(18)求8/8型极限

题:求 心路历程: 1、这道题并不是很好看出来究竟是不是 类型的极限,从直觉上总觉得分子并不会向着无穷位置行进。但是如果对分式进行展开,就能够比较容易的看出来这是 类型的了: 2、其实无所谓它是否是 类型,想对这道题进行计算,常规的路数都是一样的:设法将分子或分母中的根号消除掉,更为常规的,我依然考虑是将分子中的根号消除掉; 3、额外的,注意到题目中含有一个 因子项,这更令人联想到了 这种常见的极限形式,因而解题思路也是尽可能构造出这个形式的因子; 4、结合上面的思路,先尝试分子、分母同时乘以 以便构造出 因子尝试一下: 试解: 将原式 分子、分母同时乘以相同的 = = 如上的构造并没有使计算式有所简化,依然是 类型,根号没有被有效的消除、甚至引入了更多的根号变得更加复杂了。经过答案提示,正确的思路是分子、分母同时乘以相同的 ,于是按照提示再次尝试求解。 解: 将原式 分子、分母同时乘以相同的 = = 结合…

每日一题(19)利用无穷的性质计算极限

题:求 解1,利用性质直接完成计算: 由题目可以得到 可以看出第一部分是无穷小、第二部分是有界函数,所以结果依然是无穷小,从而完成计算。 解2,利用运算完成计算: 由题目可以得到 可以看出拆分出来的两部分,各自都是无穷小,因而乘积依旧是无穷小,完成计算。 解3,利用夹逼法则完成计算: 已知 所以 由于 且 ,由夹逼法则可以确定其中间部分 解4,更简单的一个方法: 类似于解2,但更简单的:由题目可以得到 此时无需考虑后面的部分,第一部分极限已经为无穷小,它乘以任何数都将是无穷小,因而不用看后面第二部分的计算结果,已经可以确定最终结果将是无穷小。