有关一种数列极限计算题型的思考

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  【摘 要】极限的计算是高等数学学习的重点。极限计算方法众多,学生通常容易掌握各种不同类型的未定式的极限计算,但对数列极限的计算普遍感到比较困难。本文从一道数列极限的计算题出发,结合教材常规题型,分析数列极限计算题型的解题思路。
  【关键词】数列极限;单调有界收敛准则;递推式
  1   问题提出
  极限的思想贯穿高等数学整本教材。因此,极限的计算在高等数学的学习过程中非常重要,而且,由于极限思想渗透到各个章节,所以极限的计算方法也丰富多彩。这一方面激发了学生学习这一块的兴趣,另一方面学习这一块是比较具有挑战性的,学生会时常遇到困难。抽象的数列极限计算题或者证明题,一直是学生学习过程中的一个难点。笔者在教学过程中,遇到学生问这样一道计算数列极限的题。
  这是一道给出通项递推式的极限题。学生给出的上述解答过程是不是正确的呢?不妨回忆教材所学内容,寻找突破口。在教材中,常遇到已知通项递推式求数列极限的题,如例2。
  2   问题分析
  例2 已知,证明存在并求出该极限。
  例2的求解过程分为两步,第一步先证明数列单调有界,保证极限存在;第二步在递推公式两边同时取极限,解出具体的极限值。可以发现例1(解法一)直接进行了第二步,而没有证明该极限存在,因此还必须先证明该极限是存在的。而对例1的前面几项进行试算,发现该数列不具有单调的趋势。这就给解题造成了困难,常规的单调有界收敛准则不能用了,那该怎么办呢?遇到这种情况,通常有两种思路,一种是另寻他法来证明极限存在,如例3所示;另一种是找出的通项表达式,直接计算。
  例3是先假设极限存在,推算出极限值后,再根据极限的定义证明该极限等于推算出的极限值。我们知道极限的定义可以用来证明极限存在,但不能直接求出极限值。因此对于没有单调性的数列,可以采用这样一种方式来处理。那么,回到例1,按照例3的思路,如果要完善解法一的解答过程,就可以尝试去证明。
  对于例1的解法一,由于,用数学归纳法证明,即当时,结论成立;设时,,则有,结论成立。下面證明。
  经过这样一个补充,就完善了例1解法一的解答过程。那么在做完善工作时都是对已有的题型进行分析,做一个类似的模仿。这种模仿不仅帮助学生有效地解决了问题,同时也展示了数学学习的一种方法。学生不断模仿,不断摸索,不断总结,从而提高对数学知识的掌握程度,提高自己的解题能力。特别是在遇到复杂问题的时候,要从更基础的更简单的类似问题寻找突破口。只有常规思路用得得心应手了,才能一眼发现问题,从而解决问题。
  在上述解答过程中用到了无穷级数求和的知识,等比级数。解法二成功地避开了证明,但也对解题者知识掌握的综合程度要求更高。
  例1的求解过程,很好地展现了“已知,求”这一类数列极限题的常规思路:先用单调有界准则证明存在,再设递推式对两边同时求极限,得到最后的极限值A;如果单调有界准则证明受阻,就退而求其次,先假设极限存在并求出A,然后再用定义去证明。这里还有一种思路就是由递推式得到具体的,然后直接计算,从而避开极限单调性的证明。
  3   结语
  本文从一道数列极限题入手,提供了一种解题的思路,那就是当学生遇到比较困难、比较复杂的题型的时候,要善于跟教材上的基础题型、跟已接触过的一些题型作类比,作思维的迁移,从而保证探索复杂题的有效性。这样既能快速找到解题的切入口,也能提高解题的准确率。
  【作者简介】
  郑彭丹(1981~),女,湖南岳阳人,硕士研究生,讲师,研究方向:概率论与数理统计。
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