Функция. Предел и непрерывность. Мижидон А.Д - 14 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

Пример. (Число е).
Рассмотрим {х
n
} с общим числом х
n
= 1
1
+
n
n
.
Доказать, что она возрастает и ограничена.
Докажем, что она сходится, для чего достаточно
показать, что она возрастающая и ограничена.
Применим формулу бинома Ньютона:
()
ab Ca b
n
n
knkk
k
n
+=
=
0
.
х
n
=
32
n
1
!3
)2n)(1n(n
n
1
!2
)1n(n
n
1
n1
+
++
+
+... +
()
[]
n
n
1
!n
1nn)...2n)(1n(n
Это выражение преобразуем к виду:
х
n
= 2
1
2
1
11
3
1
1
1
2
++
+−
+
!!nnn
...+
+
1
1
1
1
2
1
1
nn n
n
n!
...
(1.5.1.)
Аналогично представим:
х
n+1
=
2
1
2
1
1
1
1
3
1
1
1
1
2
1
++
+
+−
+
+
+
!!nnn
...+
+
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1()!
...
nnn
n
n+
+
+
+
(1.5.2.)
Заметим, что
11
1
〈−
+
k
n
k
n
при 0 < k < n.
Отсюда следует, что в выражении 1.5.2. каждое
слагаемое больше соответствующего слагаемого в 1.5.1. и,
кроме того, в 1.5.2. добавляется еще одно слагаемое, больше
0.
Поэтому х
n
< х
n+1
, что означает, что последователь-
ность возрастает.
Для доказательства ограниченности сверху данной
последовательности заметим, что каждое выражение в
круглых скобках в 1.5.1. меньше 1.
Учитывая, что
1n
2
1
!n
1
<
при n > 2, получим x
n
< 2 +
1n2
2
1
...
2
1
2
1
11
!n
1
...
!3
1
!2
1
+++++<+++
Используя формулу суммы членов геометрической
прогрессии, получим
x
n
< 1 +
1
1
2
1
1
2
3
1
2
1
=−
n
n
< 3.
Таким образом, доказана ограниченность
последовательности.
Следовательно, последовательность ограничена и
монотонна и по теореме 1.5.1. имеет предел. Этот предел
обозначают буквой
е. Итак, е = lim
n
n
n
→∞
+
1
1
.
Число
е является основанием натуральных
логорифмов и играет важную роль в математике.
Определение 2. Числом е называется предел
е = lim
n
n
n
→∞
+
1
1
.
Очевидно, что 2
е 3, е 2,71
       Пример. (Число е).                                                 Поэтому хn < хn+1, что означает, что последователь-
                                                           1
                                                                 n
                                                                     ность возрастает.
       Рассмотрим           {хn} с общим числом   хn =  1 +  .          Для доказательства ограниченности сверху данной
                                                           n
                                                                     последовательности заметим, что каждое выражение в
Доказать, что она возрастает и ограничена.
                                                                     круглых скобках в 1.5.1. меньше 1.
     Докажем, что она сходится, для чего достаточно
                                                                                             1     1
показать, что она возрастающая и ограничена.                              Учитывая, что        < n −1 при n > 2, получим              xn
     Применим         формулу        бинома  Ньютона:                                        n! 2
               n                                                           1 1            1          1 1               1
( a + b) n = ∑ Cnk a n − k b k .                                     < 2 + + + ... + <1 + 1 + + 2 + ... + n −1
                                                                           2! 3!          n!         2 2             2
              k =0
                       1 n (n − 1) 1         n (n − 1)(n − 2) 1           Используя формулу суммы членов геометрической
       хn = 1 + n •        +           • 2 +                 • 3+    прогрессии, получим
                       n         2!      n           3!        n                             n
       n (n − 1)(n − 2)...[n − (n − 1)] 1                                                1
+... +                                  • n                                          1−  
                                                                                         2           1
                     n!                  n                                xn < 1 +             = 3 − n − 1 < 3.
                                                                                          1          2
       Это выражение преобразуем к виду:                                              1−
                                                                                          2
           1             1        1      1         2
хn= 2 +        + 1 −         +      1 −    1 −       + ...+         Таким         образом,         доказана        ограниченность
           2!            n       3!      n         n           последовательности.
   1  1   2   n − 1                                                  Следовательно, последовательность ограничена и
+      1 −   1 −  ... 1 −                       (1.5.1.)
   n!  n   n              n                                    монотонна и по теореме 1.5.1. имеет предел. Этот предел
                                                                                                                     n
       Аналогично представим:                                                                                    1
           1          1  1        1      2                     обозначают буквой е. Итак, е = lim 1 +  .
                                                                                                          n →∞   n
хn+1= 2 + +  1 −            + 1 −    1 −    + ...+
           2 !  n + 1 3!  n + 1  n + 1                              Число       е    является       основанием        натуральных
      1         1       2             n                        логорифмов и играет важную роль в математике.
+           1 −    1 −     ...  1 −           (1.5.2.)              Определение 2. Числом е называется предел
   (n + 1)!  n + 1  n + 1  n + 1
                                                                                           n
                         k            k                                            1
       Заметим, что  1 −  〈  1 −          при 0 < k < n.              е = lim 1 +  .
                                                                              n →∞     n
                         n          n + 1
       Отсюда следует, что в выражении 1.5.2. каждое                      Очевидно, что 2 ≤ е ≤ 3, е ≈ 2,71
слагаемое больше соответствующего слагаемого в 1.5.1. и,
кроме того, в 1.5.2. добавляется еще одно слагаемое, больше
0.