• 设 $0<x_0<1,x_{n+1}=sin x_n(n=1,2,cdots)$, 求证$limlimits_{n ightarrow infty}sqrt{n}x_n=sqrt{3}$.


    一学生问我一道题:设 (0<x_0<1,x_{n+1}=sin x_n(n=1,2,cdots)), 求证(limlimits_{n ightarrow infty}sqrt{n}x_n=sqrt{3}).
    下面证明主要有我教研室王艳秋副教授提供。
    证明:1、先证明(limlimits_{n ightarrow infty}x_n=0).
    因为当 (0<x_0<1)时,(x_{n+1}=sin x_n<x_n(n=1,2,cdots)), 故(x_n) 单调递减,且有下界0,故当(n ightarrow infty)时,({x_n}) 极限存在。
    (limlimits_{n ightarrow infty} x_n = a), 则有(limlimits_{n ightarrow infty} x_{n+1} = a),由(sin x) 的连续性,对等式(x_{n+1}=sin x_n)
    两边取极限 (a =sin a), 所以 (a = 0).

    2、再证明 (limlimits_{n ightarrow infty}[dfrac{1}{x_{n+1}^2}-dfrac{1}{x_{n}^2}] = dfrac{1}{3}.)
    因为 (x_{n+1}^2 = (sin x_n)^2 = left(x_n-dfrac{x_n^3}{6}+o(x_n^3) ight)^2),

    [dfrac{1}{x_{n+1}^2}-dfrac{1}{x_{n}^2} = dfrac{1}{(x_n-dfrac{x_n^3}{6}+o(x_n^3))^2}-dfrac{1}{x_{n}^2} ]

    [=dfrac{x_n^2-(x_n-dfrac{x_n^3}{6}+o(x_n^3))^2}{x_n^2(x_n-dfrac{x_n^3}{6}+o(x_n^3))^2}, ]

    由等价无穷小,(sin xsim x,x ightarrow 0), 得(sin x_nsim x_n,n ightarrow infty), 忽略高阶无穷小,可得

    [limlimits_{n ightarrow infty}[dfrac{1}{x_{n+1}^2}-dfrac{1}{x_{n}^2}]=limlimits_{n ightarrow infty}dfrac{x_n^4/3}{x_n^4}=dfrac{1}{3}. ]

    3、由Stolz 定理,若数列 ({b_n}) 极限存在, 且 (limlimits_{n ightarrow infty} b_n = b) ,则 (limlimits_{n ightarrow infty}dfrac{b_1+b_2+cdots+b_n}{n}=b).
    (b_n = dfrac{1}{x_{n}^2}-dfrac{1}{x_{n-1}^2},n=1,2,cdots.), 则 (b_1+b_2+cdots+b_n = dfrac{1}{x_{n}^2}-dfrac{1}{x_{0}^2}), 故

    [limlimits_{n ightarrow infty}dfrac{b_1+b_2+cdots+b_n}{n}= limlimits_{n ightarrow infty}dfrac{ dfrac{1}{x_{n}^2}-dfrac{1}{x_{0}^2}}{n}=b=dfrac{1}{3}. ]

    即$$limlimits_{n ightarrow infty}dfrac{ dfrac{1}{x_{n}^2}}{n}=b=dfrac{1}{3},$$
    亦即 $$limlimits_{n ightarrow infty}sqrt{n}x_n=sqrt{3}.$$

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/cidpmath/p/6015524.html
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