数列极限求法及其应用毕业论文.doc

数列极限的求法及其应用 内 容 提 要 数列极限可用语言和语言进行准确定义，本文主要讲述数列极限的不同求法，例如：极限定义求法、极限运算法则法、夹逼准则求法、单调有界定理求法、函数极限法、定积分定义法、Stoltz公式法、几何算术平均收敛公式法、级数法、收缩法等等.我们还会发现同一数列极限可用不同方法来求. 最后我们还简要介绍了数列极限在现实生活中的应用，如几何中推算圆面积，求方程的数值解，研究市场经营的稳定性及购房按揭贷款分期偿还问题.通过这些应用使我们对数列极限有一个更系统立体的了解.关键词定义；夹逼准则；Stoltz公式；函数极限On the Solutions and the Applications as to the Sequence Limit Abstract The limit of a sequence can be accurately defined by language and language. This paper mainly describes different solutions to finding sequence limit, for example, definition of sequence limit method, fundamental operations of sequence limit method, squeezing law method, the monotone convergence theorem method, function limits method, definite integrals definition method, Stoltz formula method, geomeric and arithmetic convergence formula method, series method, contraction method, etc. We'll also find that different methods can be used to solve the same limit. Finally, we also briefly introduce the applications of sequence limit in real life, such as, infering the area of a circle in geometry, finding the numerial solution of equations, studying the stability of the market operation and the amortization problems of purchase mortgage loans.Key Wordsdefinition; Squeezing law; Stoltz formula; Function limits目 录第一章 数列极限的概念11.1 数列极限的定义及分类11.2 数列极限求法的常用定理2第二章 数列极限的求法42.1 极限定义求法42.2 极限运算法则法52.3 夹逼准则求法62.4 单调有界定理求法82.5 函数极限法92.6 定积分定义法102.7 Stoltz公式法112.8 几何算术平均收敛公式法122.9 级数法132.10 其它方法15第三章 数列极限在现实生活中的应用173.1 几何应用-计算面积173.2 求方程的数值解183.3 市场经营中的稳定性问题193.3.1 零增长模型193.3.2 不变增长模型203.4 购房按揭贷款分期偿还21第四章 结 论23致 谢24参考文献24数列极限的求法及其应用学号：071106132 作者：杨少鲜 指导老师：董建伟 职称：讲师第一章 数列极限的概念 在研究数列极限解法之前，首先我们要清楚数列极限的定义.这是对数列极限做进一步深入研究的先决基础.1.1 数列极限的定义及分类 数列极限概念是由于求某些实际问题的精确解答而产生的.如，我国古代数学家刘徽（公元3世纪）利用圆内接正多边形来推算圆面积的方法割圆术.因一系列圆内接正多边形的面积在无限增大（）时，内接正多边形无限接近于圆，同时也无限接近于某一确定的数，此时这一数值可精确表达圆的面积.在解决类似的实际问题中逐步的引出了数列极限. 针对不同的数列极限我们对其定义将会有细微的不同，下面主要介绍两种定义：定义，定义.定义1（语言）：设是个数列，是一个常数，若，正整数，使得当时，都有，则称是数列当无限增大时的极限，或称收敛于，记作，或.这时，也称的极限存在.定义2（语言）：若,正整数，使得当时，都有,则称是数列当无限增大时的非正常极限，或称发散于，记作或，这时，称有非正常极限. 对于的定义类似，就不作介绍了.为了后面数列极限的解法做铺垫，我们先介绍一些常用定理. 1.2 数列极限求法的常用定理定理1.2.1（数列极限的四则运算法则） 若和为收敛数列，则也都是收敛数列，且有 若再假设及，则也是收敛数列，且有 .定理1.2.2（单调有界定理） 在实数系中，有界的单调数列必有极限.定理1.2.3（Stoltz公式） 设有数列，其中严格增，且（注意：不必）.如果 （实数，），则 定理1.2.3'（Stoltz公式） 设严格减，且，.若 （实数，），则 .定理1.2.4（几何算术平均收敛公式） 设，则（1） ，（2） 若，则.定理1.2.5（夹逼准则）设收敛数列都以为极限，数列满足：存在正数，当时，有 ，则数列收敛，且.定理1.2.6（归结原则）设在内有定义.存在的充要条件是：对任何含于且以为极限的数列，极限都存在且相等.第二章 数列极限的求法2.1 极限定义求法 在用数列极限定义法求时，关键是找到正数.我们前面一节的定理1.2.4（几何算术平均收敛公式）的证明就可用数列极限来证明，我们来看几个例子.例2.1.1 求，其中.解：.事实上，当时，结论显然成立.现设.记，则. 由 ,得 . （5）任给，由（5）式可见，当时，就有.即.所以.对于的情况，因，由上述结论知，故 .综合得时，.例2.1.2 定理1.2.4（1）式证明.证明：由，则，存在，使当时，有 ,则 .令，那么 .由，知存在，使当时，有.再令,故当时，由上述不等式知 .所以 .例 2.1.3 求.解：. 事实上，.即.对，存在，则当时，便有所以.注：上述例题中的7可用替换，即.2.2 极限运算法则法 我们知道如果每次求极限都用定义法的话，计算量会太大.若已知某些极限的大小，用定理1.2.1就可以简化数列极限的求法.例2.2.1 求,其中.解：分子分母同乘，所求极限式化为 .由知，当时，所求极限等于；当时，由于，故此时所求极限等于0.综上所述，得到 例2.2.2 求，其中.解: 若，则显然有；若，则由得 ；若，则 .2.3 夹逼准则求法 定理1.2.5又称迫敛性，它不仅给出了判定数列收敛的一种方法，而且也提供了一个求极限的工具.例2.3.1 求极限.解：因为 ，所以 .因 ，再由迫敛性知 .例2.3.2 求数列的极限.解： 记，这里，则 ,由上式得 ，从而有 , （2）数列是收敛于1的，因对任给的，取，则当时有.于是，不等式（2）的左右两边的极限皆为1,故由迫敛性得 .例2.3.3 设及，求.解：.事实上，先令，把写作，其中.我们有 .由于，可见是无穷小.据等式 ，注意到，由方才所述的结果是无穷小.最后的等式表明，可表为有限个（个）无穷小的乘积，所以也是无穷小，即 .2.4 单调有界定理求法 有的时候我们需要先判断一个数列是否收敛，再求其极限，此时该方法将会对我们有很大帮助，我们来看几个例子.例2.4.1 求例2.1.3注解中的.解：.事实上，令.当时， .因此从某一项开始是递减的数列，并且显然有下界0.因此，由单调有界原理知极限存在，在等式的等号两边令，得到,所以为无穷小.从而 . 例2.4.2 求极限（个根号）.解：设， 又由，设，则.因，故单调递增.综上知单增有上界，所以收敛.令由，对两边求极限得，故.2.5 函数极限法 有些数列极限可先转化为函数极限求可能很方便，再利用归结原则即可求出数列极限.例2.5.1 用函数极限法求例2.1.1,即求.解：先求，因,再由归结原则知.例2.5.2 用函数极限求例2.3.2,即求.解：先求.因，再由归结原则知.例2.5.3 用函数极限求例2.3.3,即设及，求.解：先求.因（由洛比达法则），再由归结原则知.2.6 定积分定义法 通项中含有的数列极限，由于的特殊性，直接求非常困难，若转化成定积分来求就相对容易多了.例2.6.1 求.解：令，则.而,也即，所以.例2.6.2 求极限.解：因为 ， ，类似地 ，由夹逼准则知 .注：在此式的求解中用到了放缩法和迫敛性.2.7 Stoltz公式法Stoltz公式，在求某些极限时非常方便，尤其是当时特别有效.例2.7.1 同例2.1.2，定理1.2.4（1）式证明.证明：前面用定义法证明，现用Stoltz公式证明.令，则由Stoltz公式得到 .例2.7.2 求.解： （Stoltz公式） （二项式定理） .2.8 几何算术平均收敛公式法 上面我们用Stoltz公式已得出定理1.2.4,下面我们通过例子会发现很多类型的数列极限可以用此方法来简化其求法.例2.8.1 同例2.1.1一样求，其中.解：令,由定理1.2.4（2）知 .例2.8.2 同例2.3.2一样求.解：令,由定理1.2.4（2）知 .例2.8.3 同例2.6.1相似求.解：令,则 .所以 ，也即，而由定理1.2.4（2）知 .故 .例2.8.3 求.解：令，则由定理1.2.4（1）知 .2.9 级数法 若一个级数收敛，其通项趋于0（）,我们可以应用级数的一些性质来求数列极限，我们来看两个实例来领会其数学思想.例2.9.1 用级数法求例2.1.3注.解：考虑级数，由正项级数的比式判别法，因 ，故级数收敛，从而.例2.9.2 用级数法求例2.3.3,即设及，求.解：考虑正项级数，由正项级数的比式判别法，因 ，故正项级数收敛，所以.例2.9.3 求极限.解： 因级数收敛，由级数收敛的柯西准则知，对，存在, 使得当时， ，此即，所以 .例2.9.4 求极限.解：令，所以.考虑级数 ，因为，所以此级数收敛.令 ，则.再令， .所以 .而 ,所以 .2.10 其它方法 除去上述求数列极限的方法外，针对不同的题型可能还有不同的方法，我们可以再看几个例子.例2.10.1 求.解：对于这个数列极限可用三角函数的周期性. .例2.10.2 设, 证明：收敛，并求其极限.解：对于这个极限可以先用中值定理来说明其收敛. 首先用数学归纳法可以证明 .事实上,.假设，则.令，则. ， （1）其中介于和之间.由于,再由（1）式知为压缩数列，故收敛.设,则.由于 ，所以 .解得（舍去），.综上知.注：对于这个题可也以采用单调有界原理证明其极限的存在性.第三章 数列极限在现实生活中的应用3.1 几何应用-计算面积在论文开始时，我们已经简要介绍了利用极限求圆的面积，现在我们再来介绍如何求抛物线与两直线和所围的面积.先将区间等分为个小区间，以这些小区间为底边，分别以为高，作个小矩形.这个小矩形的面积之和是 .这样我们就定义一个数列，对每个而言，它都小于欲求的“面积”，但是这两者之间的差别不会大于长为1,宽为的矩形面积，即，所以，当越来越大时，将越来越接近于欲求的“面积”，因此，我们可以定义此面积为 . 这种定义面积并求面积的方法简单又朴素，它同时孕育出了数学分析的一个重要组成部分：积分学.3.2 求方程的数值解我们都知道，是无理数.目前的问题是如何用有理数来逼近，以达到事先指定的精确度？是二次方程的正根，所以我们的问题可以说成是求方程的“数值解”.把问题提得更一般一些.设是任意给定的，我们来求的近似值.给定的一个近似值，在两个正数中，一定有一个大于另一个小于，除非正好就是.有理由指望这两个数的算术平均值可能更加靠近，这便得到了更好的近似.事实上 .这表明：不论初值如何，得出的第一次近似值是过剩近似值.不妨设初值本身就是过剩近似值，因此.由此得出 .这个不等式告诉我们：第一次近似值到的距离至多是初值到的距离的一半.重复施行上述的步骤，便产生数列，其中 ，由 ，可见.对于充分大的，数与的距离要多小有多小.让我们看看实际应用起来有多方便，设想我们需求的近似值.取初值（这是相当粗糙的近似值），反复迭代的结果是 这已是相当精确的近似值.3.3 市场经营中的稳定性问题投资者的交易行为是影响市场稳定性的重要因素，以股票为例，为尽量避免出现羊群行为，减少非理性投资，我们需要对股票的内在价值（即未来收入现金流的现值）有较清晰的认识，从而决定是该购买还是该售出，作出理性选择.现在我们来针对不同的模型确定股票相应的内在价值.3.3.1 零增长模型 假定股利增长率为0,因其内在价值如下 . （1）（-内在价值，股息(红利)，贴现率），现由假定知 ，所以此时股票内在价值为 . （2）知道股票的内在价值后，可求出其净现值，即内在价值减去市场价格，也即： .当，该股票被低估，可买入；当，被高估，不益购买.例：某公司在未来无限期支付每股股利为8元，现价65元，必要收益率10%，评价该股票.解：利用（2）式结论可求得该股票的内在价值为： .故该股票被低估，可以购买.3.3.2 不变增长模型 假定股利永远按不变增长率增长，即 ，代入（1）式得此时内在价值为 .（3）例：去年某公司支付每股股利1.80元.预计未来公司股票的股利按每年5%增长，假设必要收益率为11%，当每股股票价格为40元，评价该股票.解：利用（3）式的结论，由于，可知股票内在价值 ，故 ，该股票被高估，建议出售.3.4 购房按揭贷款分期偿还消费贷款的还款（即按揭）大多为年金方式，故存在一些年金计算问题.下面主要对购房分期付款的基本计算问题做一些简单分析.设表示总的房款金额，表示首次付款比例，表示年利率，表示分期付款（贷款）的总年数，表示每月底的还款金额，则有如下的价值方程 ，进一步有 . （4）其中 .上述是针对有限期限付清的情况，如果考虑永久期末年金：在每个付款期末付款上货币单位，直至永远.若将该年金的现值记为，则有计算公式 .代入（4）式即可.通过上述公式即可求出按不同还款方式每月底应还金额.第四章 结 论 通过上述章节我们探讨了数列极限的求法并简要介绍了它在现实生活中的应用.我们知道极限是数学分析的基石，是微积分学的基础，可见数列极限是一种重要的极限类型.掌握数列极限的概念、性质和计算是学好函数极限和微积分的前提和基础，灵活巧妙的应用它，也可以使一些较为困难的实际问题迎刃而解.通过前面的例子我们知道求数列极限的方法灵活多样，给一些数学问题的讨论和计算带来极大的方便.对它的研究也使数学分析在经济领域和数学领域中发挥更大的作用.这在数学分析关于函数极限和微积分学的研究及其应用中都有非常重要的理论意义和应用价值.所以，国内外学者对数列极限的求法及其在实际应用的研究一直未中断，同时仍存在很多内容等待我们新时期的学术爱好者去探讨,去解决，去突破. 致 谢经过几个月的忙碌和工作，毕业论文的写作已经接近尾声，作为一个本科生，由于经验的匮乏，在写作过程中难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的耐心指导，以及同学们的不断支持，想要完成这个论文是很难的.这里我尤其要感谢老师，因为在论文写作过程中，多亏了老师的亲切关怀和耐心的指导.从论文题目的选择到毕业论文的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持.我除了敬佩老师的专业水平外，他的治学态度和科研精神更是我永远学习的榜样.老师在修改我的论文期间，就连每处细小的错字、符号、字体格式等都能一一指出.我们都知道要学好数学关键是要有这种“追求准确”的精神，老师就是这种精神的成功践行者.老师的这种做学问的态度必将积极影响我今后的学习和工作.在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意，也祝老师身体健康，工作顺利，天天开心.  在论文即将完成之际，我的心情很激动.从开始选题到论文的顺利完成，师长、同学、朋友给了我太多太多的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！我还要感谢含辛茹苦养育我长大的父母，谢谢您们! 参考文献1. 数学分析题解精粹（第二版）/钱吉林等主编崇文书局，2009.2. 数学分析教程（上册）/常庚哲，史济怀编高等教育出版社，2003.3. 数学分析（上册 第三版）/华东师范大学数学系编高等教育出版社，2007.4. 数学分析第一册/徐森林，薛春华编清华大学出版社，2005.5. 求数列极限的方法探讨/郑允利高等函数学报（自然科学版），2010年06期.6. 两类数列极限的求法/陈凌科技创新导报，2010年第28期.7. 谈谈极限的求法/林瀚斌大众商务，2009年第12期.8. 高等数学中数列极限的几种求法/周林湖北广播电视大学学报，2008年第11期.9. 求数列极限的几种方法/李素峰邢台学院学报，2007年02期.24