用极限的定义证明lim _(narrow infty )dfrac (sqrt {{n)^2+(a)^2}}(n)=1
用极限的定义证明
题目解答
答案
化简


根据极限的定义
,
无穷小量乘以常数仍为无穷小量,
所以

综上,
解析
考查要点:本题主要考查利用极限的定义证明数列极限的能力,需要掌握分子有理化、不等式放缩以及ε-N语言的应用。
解题核心思路:
- 化简表达式:将原式转化为更易处理的形式,分离出与$n$无关的常数项。
- 构造不等式:通过分子有理化,将绝对值表达式转化为可控制的形式。
- 放缩处理:利用分母的下界估计,将复杂表达式简化为仅含$n$的项。
- 确定N的存在性:根据放缩后的表达式,找到满足条件的$N$,完成ε-N论证。
破题关键点:
- 分子有理化是简化绝对值表达式的突破口。
- 分母的下界估计(如$\sqrt{1+\frac{a^2}{n^2}} +1 \geq 2$)是放缩的关键步骤。
- 解不等式求N需结合$\varepsilon$与$a$的关系,确保$n > N$时条件成立。
步骤1:化简原式
原式可变形为:
$\frac{\sqrt{n^2 + a^2}}{n} = \sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}}.$
步骤2:构造绝对值表达式
考虑极限值$1$,计算差值的绝对值:
$\left| \sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} - 1 \right|.$
步骤3:分子有理化
通过分子有理化,将表达式变形:
$\begin{aligned}\left| \sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} - 1 \right| &= \frac{\left( \sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} - 1 \right)\left( \sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} + 1 \right)}{\sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} + 1} \\&= \frac{\frac{a^2}{n^2}}{\sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} + 1}.\end{aligned}$
步骤4:放缩处理
由于$\sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} \geq 1$,分母满足:
$\sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} + 1 \geq 1 + 1 = 2.$
因此,原式可进一步放缩为:
$\frac{\frac{a^2}{n^2}}{\sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} + 1} \leq \frac{a^2}{2n^2}.$
步骤5:确定N的存在性
给定任意$\varepsilon > 0$,要求:
$\frac{a^2}{2n^2} < \varepsilon \quad \Rightarrow \quad n > \frac{a}{\sqrt{2\varepsilon}}.$
取$N$为满足$N > \frac{a}{\sqrt{2\varepsilon}}$的最小整数,则当$n > N$时,原式满足:
$\left| \sqrt{1 + \frac{a^2}{n^2}} - 1 \right| < \varepsilon.$