2023數(shù)分Day3(單調(diào)有界定理)+強化1.3+強化2.2Taylor定理部分
一、整體感受:有技巧
二、需要復習的
1、連續(xù)函數(shù)介值定理以及零點定理
2、單調(diào)函數(shù)定義以及嚴格單調(diào)函數(shù)定義
3、對于數(shù)列奇次項和偶次項都收斂于同一極限時,an收斂

4、反證法的靈活運用
5、一些函數(shù)放縮技巧,比如tanx≥x,x∈(0,π/2)等
6、Taylor定理,在求解Stolz公式有應用,Day5會具體講怎么用Stolz公式的





三、具體題目
1【西安交大】
當了解清楚對于數(shù)列奇次項和偶次項都收斂于同一極限時,an收斂,分別去證奇次項和偶次項收斂于統(tǒng)一極限。
具體做法:
一問:
①先用數(shù)學歸納法把xn范圍框定在【0,1】
②再利用題干xn+1=cosxn,遞推出來xn+2=cos(cosxn),利用cos(cosx)在【0,1】上的單調(diào)遞增性,且x1<x3,可以得到cos(cosx1)≤cos(cosx3),即x3≤x5;以此類推得到x2n-1≤x2n+1,說明{x2n+1}單調(diào)遞增.
③利用cosx在【0,1】單調(diào)遞減,然后得到cos(x1)>cosx(x3),即x2>x4,以此類推得到x2n>x2n+2,所以{x2n}單調(diào)遞減;
二問:
作為子列單調(diào)有界必然收斂,不妨記兩個極限為a,b,然后利用極限性質(zhì),得到cos(cosb)=b,cos(cosa)=a;
觀察上述等式,不妨記一個函數(shù)F(x)=x-cos(cosx),求導得到一階導大于0,然后0和1的端點處取值一個<0,一個>0,利用介值定理以及嚴格遞增,說明存在唯一的x0使得F(x0)=0,同時滿足這個式子的還有a和b,但由于唯一性,說明x0=a=b,由于數(shù)列奇次項和偶次項都收斂于同一極限x0,所以該數(shù)列{xn}收斂
注:第二問中代入0和1的端點值到F(x)中發(fā)現(xiàn)一大一小是關(guān)鍵一步?。。?/span>


【補充】題1的2個變式,一個把cosx換成sinx,一個把cosx換成arctanx做,思路是一樣的。過程中可能用到三角函數(shù)的一些放縮技巧來做,以及兩道變式的第3問用到了Stolz公式以及Taylor展開,在之后會詳細展開,這里只要知道如何用即可。




2【暨南大學】
先對函數(shù)關(guān)于x求導,發(fā)現(xiàn)在x取值范圍上連續(xù)且嚴格單調(diào)遞減,然后代入端點值0和π/3,發(fā)現(xiàn)一個大于等于1,一個小于1,然后利用連續(xù)函數(shù)的介值定理,得到唯一的xn在給定x范圍上取值為f(xn)=1;
接下來驗證{xn}單調(diào)遞增,利用反證法,假設它單調(diào)遞減做,利用1=fn(xn)<fn+1(xn+1)=1,利用1<1矛盾,所以得到{xn}單調(diào)遞增。
結(jié)合單調(diào)遞增有上界,得到收斂,記為a,然后代入xn到fn(x)中,得到等比數(shù)列求和,然后利用迫斂性求出(cosxn)^(n+1)極限為0,得出cosa=1/2,a=π/3.

【補充】題2也有兩個變式,把cosx換成sinx和x了,證明思路類似,好好練習。


3【中國科學院大學】(這道題22+23華東也考了)
證明思路:利用單調(diào)有界,先去說明單調(diào)再去說明有界性,
利用了一個重要不等式1/(n+1)<ln(1+1/n)<1/n,這個重要不等式可以通過拉格朗日中值定理推,記f(x)=lnx即可
V.S.2022華師就記了f(x)=lnx,2023華師將數(shù)列極限與數(shù)項級數(shù)也巧妙結(jié)合了一下,可以好好嘗試一下

【補充,本題原型,利用單調(diào)遞減以及積分第一中值定理,不同題目可以取不同的f(x),題3取的f(x)就是1/x】

4【北京郵電大學】
一問:利用先求導,發(fā)現(xiàn)一階導大于0,說明連續(xù)且嚴格單調(diào)遞增,然后再利用兩個端點一個≤1,一個>1,然后利用連續(xù)函數(shù)的介值定理可以得到唯一的xn在x范圍中的fn(xn)取值為1;
二問:思路同題2,利用fn(xn)=fn+1(xn+1)=1,想去說明xn單調(diào)遞增,但是用反證法,假設xn+1≤xn,1/2≤xn+1≤xn<1,發(fā)現(xiàn)xn^n≥xn+1^n>xn+1^(n+1),那么此時xn^n+xn>xn+1^(n+1)+xn+1,于是1>1,矛盾,因此{xn}單調(diào)遞增,于是把極限a設出來,這個a∈【1/2,1】,想要去證明極限a=1,不妨反證,假設a<1,然后取極限推出了a=1,矛盾.因此a只能為1

四、2022-2023華師三道真題


