650
PHƯƠNG PHÁP TÌM GIỚI HN DÃY S CHO BI CÔNG THC
TRUY HI BẰNG ĐỒ TH HÀM S
Ngô Hùng Vương1
1. Email: vuongnh@tdmu.edu.vn
TÓM TT
Bài viết này trình bày phương pháp tìm gii hn ca dãy s truy hi dựa vào đồ th các
hàm s
()g x x=
()fx
hàm s thu đưc t công thc truy hi ca dãy. Nếu dãy hi t
thì gii hn ca là nghim của phương trình
( ) ( )f x g x=
(giao điểm của đồ th hai hàm s
()fx
()gx
).
T khóa: Công thc truy hồi, đồ th, gii hn dãy s.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Dãy s m gii hn dãy s mt trong nhng kiến thc nn tng ca môn gii tích
Toán hc bậc đại hc, tuy nhiên các khái nim v tính hi t gii hn ca dãy s khá tru
ng khó hiểu. Sinh viên, đặc sinh viên năm thứ nht gp nhiu khó khăn khi giải các bài
tp có nội dung liên quan đến dãy s cho bi công thc truy hi. Các bài tp dạng này thường
được giải theo phương pháp giải tích, tuy nhiên phương pháp này đòi hi sinh viên ngoài hiu
thuyết v dãy s cn nm chc các kiến thức toán bản khác như bất đẳng thức phương
pháp quy np toán học. Do đó việc tìm ra một phương pháp giải mới để khc phc các yếu t
trên là hết sc cn thiết.
Bài tham lun này trình bày mt cách giải khác đối vi mt s bài toán tìm gii hn dãy
s cho bi công thc truy hi, gọi phương pháp đ th. Thông qua đồ th ca hàm s
()g x x=
()fx
hàm s nhận được t công thc truy hi
, xác định được các s hng
12
, , , ,
n
x x x
ca dãy
n
x
. T đó biết được dãy
n
x
hi t hay không, nếu dãy hi t
thì gii hn ca dãy có th là mt trong các nghim của phương trình
( ) ( )f x g x=
(giao điểm
của đồ th hai hàm s
()fx
()gx
).
2. TÓM TT LÝ THUYT
Định nghĩa 1. Mt ánh x t tp s t nhiên vào tp s thc được gi là mt dãy
s. (Võ Khắc Thường, 2013)
hiu:
12
, , , ,
n
x x x
hay viết gn
n
x
. Trong đó ng vi mi giá tr
n
s
n
x
được gi là s hng th
n
ca dãy.
651
Ví d 1. a) Dãy s
n
x
được cho bng cách lit kê:
3;4;27;16;243;64;...
n
x=
. S
hng th 5 ca dãy là
5243x=
.
b) Dãy s
n
x
được cho bng công thc ca s hng tng quát:
( 1)n
n
xn
=
. S hng
th 8 ca dãy là
8
8
( 1) 1
88
x
==
.
c) Dãy s
n
x
được cho bng công thc truy hi:
1
1
1
31
nn
x
xx
+
=
=−
Ta tính được:
21
32
43
3 1 3 1 1 2
3 1 3 2 1 5
3 1 3 5 1 14
xx
xx
xx
= = =
= = =
= = =
Định nghĩa 2. Dãy
n
x
được gi là hi t nếu tn ti s
l
sao cho
0 0 0
0 ( ) : n
n n n n x l
=
.
Khi đó ta nói dãy
n
x
có gii hn và gii hn này bng
l
, ký hiu:
lim n
nxl
→ =
hay
n
xl
khi
n→
. (Архипов Г.И. và nnk., 2004)
Định nghĩa 3. y
n
x
được gi là phân k nếu vi mi
0c
ch hu hn c phn
t ca dãy tha mãn
n
xc
. Nói cách khác:
0 0 0
0 ( ) : n
c n n c n n x c =
.
Khi đó ta nói dãy
n
x
có gii hn vô cùng và được ký hiệu như sau:
lim n
nx
→ =
hay
n
x→
khi
n→
. (Архипов Г.И. và nnk., 2004)
Định 1 (định Weierstrass). Dãy
n
x
đơn điệu tăng và bị chn trên thì hi t
lim sup
nn
nxa
→ =
.
Định lý 2. Dãy
n
x
đơn điệu gim và b chn dưới thì hi t
lim inf
nn
nxa
→ =
. Bn
đọc có th xem chứng minh định lý 1 và 2 trong tài liu tham kho [1].
Mệnh đề 1. Nếu y
n
x
cho bi công thc truy hi
1()
nn
x f x
+=
hi t và có gii hn
bng
L
thì
()L f L=
, nói cách khác
L
là nghim của phương trình
()f x x=
).
Chng minh. Dãy
n
x
hi t và có gii hn bằng L, do đó
1
lim lim lim ( ) ( )
n n n
n n n
x x L f x L f L L
+
= = = =
.
652
3. KT QU NGHIÊN CU
3.1. Phương pp tìm gii hn ca dãy s cho bing thc truy hi bằng đ th m s
Gi s cn tìm gii hn ca dãy truy hi:
1
1
()
( ), 1,2,3,
nn
x c c
x f x n
+
=
==
Ta có phương pháp giải bài toán trên bằng đồ th như sau:
c 1. Trong mt phng vi h to độ vuông góc
Oxy
v đồ th các hàm s
yx=
()y f x=
, vi
()fx
là hàm s thu được t công thc truy hi
1()
nn
x f x
+=
.
ớc 2. Tìm giao điểm ca đồ th hàm s
()y f x=
đường thng
yx=
bng cách gii
phương trình
( ) ( )f x g x=
.
ớc 3. (Xem hình 1) Trên đồ th hàm s
()y f x=
lấy điểm
1 1 2
( ; )M x x
, vi
1
xc=
21
()x f x=
.
T
1 1 2
( ; )M x x
k đường thng song song vi trc hoành, cắt đường thng
yx=
ti
1 2 2
( ; )N x x
.
T
1 2 2
( ; )N x x
k đường thng song song vi trc tung, cắt đồ th hàm s
()y f x=
ti
2 2 3
( ; )M x x
.
Lp lại như trên đối với điểm
2 2 3
( ; )M x x
ta tìm được các điểm
3 3 4 4 4 5
( ; ), ( ; ),M x x M x x
1
, ( ; ),
n n n
M x x +
c 4. Dựa vào đồ th nếu
n
M
tiến gần đến giao điểm của đồ th hàm s
()y f x=
đường thng
yx=
thì dãy s đã cho hội t (ví d 1, hình 1), ngược li thì dãy phân k (ví d
2, hình 4). Nếu y hi t thì theo mệnh đề 1 gii hn ca bằng hoành độ tung độ ca
giao điểm đồ th
()y f x=
yx=
(nghim của phương trình
()f x x=
).
Vn dụng phương pháp vừa trình bày để gii mt s bài toán sau.
3.2. Mt s bài toán minh ha
Bài toán 1. Chng minh s hi t tính gii hn ca y s
n
x
cho bi công thc
truy hi:
1
1
4
1
2
n
n
x
x
x+
=−
+
=
Gii. Trong mt phng Oxy v đồ th hàm s
1
() 2
x
fx +
=
()g x x=
.
653
Hình 1. S hi t ca dãy
n
x
Áp dụng phương pháp đã nêu ta xác định được các điểm
12345
, , , , ,M M M M M
. Trên
đồ th ca
()fx
các đim
12345
, , , , ,M M M M M
tiến dn tới điểm c định
( )
1;1L
giao
điểm của đồ th hai hàm s
()gx
()fx
, đồng thi các phn t
12345
, , , , ,x x x x x
ca y
tăng dần đến
1
L
x=
. Vy dãy hi t
lim 1
n
nx
→ =
.
Kim tra kết qu nhn được bng cách gii li bài toán 1 bằng phương pháp giải tích.
S dụng phương pháp quy nạp toán hc chng minh
1, 1
n
xn
.
Ta có
141x=
. Gi s
1
111
11
22
n
nn
x
xx
+
++
= =
nên dãy b chn trên.
Mt khác t chng minh trên suy ra
1
110
22
nn
n n n
xx
x x x
+
+−
= =
n dãy
n
x
tăng
Vậy y đã cho tăng bị chn trên nên hi t gii hn hu hn. Gi s
1
lim lim
nn
nn
x l x l
+
= =
. Vì
11
lim 1
11
lim 1
2 2 2
n
nn
nn
n
x
xl
x x l l
→
++
→
+
++
= = = =
. Như
vy ging với phương pháp đồ thị, phương pháp giải tích cũng chứng minh được
lim 1
n
nx
→ =
.
Dựa vào đồ th của hình 1 ta có các lưu ý sau:
Nếu
( )
1;1x
thì
n
x
tăng và bị chn trên bi
1
L
x=
, nên dãy hi t .
Nếu
( )
11;x
thì
n
x
gim và b chặn dưới bi
1
L
x=
, nên dãy hi t.
Nếu
11x=
thì các phn t tiếp theo dãy
n
x
cũng bằng 1 vì
11
(1) 1
2
f+
==
.
654
Vy dãy đã cho hội t
1
x
lim 1
n
nx
→ =
.
Qua bài toán này ta thy rằng phương pháp m gii hn dãy s cho bi công thc truy
hi bng đồ th hàm s va chứng minh được mt dãy s hi t (phân k) vừa xác định được
vi giá tr nào ca
1
x
thì dãy hi t (phân kỳ), mà phương pháp giải tích không tìm được.
Bài toán 2. Cho dãy s
n
x
tha mãn
11
(0;1), (2 )
n n n
x x x x
+
=
.
Chng minh
n
x
hi t và tìm gii hn ca dãy.
Gii. Trong mt phng
Oxy
v đồ th hàm s
( ) (2 )f x x x=−
()g x x=
. Trên trc
Ox
ly
1
x
tùy ý sao cho
1(0;1)x
, t đó m được
2345
, , , ,x x x x
như trên hình 2. D thy
trên đồ th ca
()fx
các điểm
1 2 3 4 5
, , , , ,M M M M M
tiến dần đến giao điểm
( )
1;1L
ca hai
đồ th hàm s
()gx
()fx
, đồng thi các phn t
12345
, , , , ,x x x x x
của y tăng dần đến
1
L
x=
. Vy dãy hi t
lim 1
n
nx
→ =
.
Hình 2. S hi t ca dãy
n
x
khi
( )
10;1x
.
M rộng bài toán: Trường hp
( )
11;2x
theo hình 3 ta thy y s
n
x
vn hi t
lim 1
n
nx
→ =
. Tuy nhiên nếu gii bài toán này bằng phương pháp giải tích s gp nhiều khó khăn
do dãy s đã cho không phải là dãy tăng (
12
xx
23
xx
).