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数学
题目

根据数列极限的定义证明:-|||-lim dfrac (sqrt {{n)^2+(a)^2}}(n)=1

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查利用数列极限的定义证明极限存在的能力,需要掌握有理化技巧和不等式放缩的方法。

解题核心思路:

  1. 有理化处理:将表达式变形为便于估计的形式,通过分子分母同乘共轭来消除根号。
  2. 分母下界估计:利用不等式技巧找到分母的下界,从而将原式上界转化为更简单的表达式。
  3. 解不等式确定N:根据放缩后的表达式,解出满足条件的N,完成极限定义的验证。

破题关键点:

  • 正确应用有理化,将绝对值表达式转化为可处理的形式。
  • 合理估计分母,通过分母的下界简化不等式。
  • 准确解不等式,找到N的表达式,确保当n > N时原式小于任意给定的ε。

步骤1:有理化处理
原式为:
$\left| \frac{\sqrt{n^2 + a^2}}{n} - 1 \right| = \left| \sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} - 1 \right|$
分子分母同乘共轭:
$= \frac{\left( \sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} - 1 \right) \left( \sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} + 1 \right)}{\sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} + 1} = \frac{\frac{a^2}{n^2}}{\sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} + 1}$

步骤2:分母下界估计
当$n \geq 1$时,$\frac{a^2}{n^2} \geq 0$,因此:
$\sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} \geq 1 \implies \sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} + 1 \geq 2$
从而:
$\frac{a^2}{n^2} \cdot \frac{1}{\sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} + 1} \leq \frac{a^2}{2n^2}$

步骤3:解不等式确定N
要求$\frac{a^2}{2n^2} < \varepsilon$,解得:
$n > \frac{|a|}{\sqrt{2\varepsilon}}$
取$N = \left\lceil \frac{|a|}{\sqrt{2\varepsilon}} \right\rceil$($\lceil \cdot \rceil$表示向上取整),则当$n > N$时,原式成立。

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