intTypePromotion=1
ADSENSE

Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An

Chia sẻ: Ganuongmuoiot | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

28
lượt xem
3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này không phải tất cả các vấn đề về giới hạn của dãy số được đề cập mà bài viết chỉ đề cập đến một số bài toán tìm giới hạn của dãy gặp nhiều trong các kì thi. Bài viết này không phải là một giáo trình, tài liệu về dãy số mà đúng hơn đó là sự cóp nhặt, những ghi nhận của bản thân trong quá trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi, đôi khi nó mang tính chủ quan.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An

  1. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc An Giang, ngày 20 tháng 2 năm 2019. BÁO CÁO Kết quả thực hiện sáng kiến kinh nghiệm: MỘT SỐ BÀI TOÁN GIỚI HẠN DÃY SỐ CHO HỌC SINH GIỎI LỚP 11 TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN. I. SƠ LƯỢC LÝ LỊCH CỦA TÁC GIẢ: Họ và tên: Lê Quốc Sang Ngày tháng năm sinh: 09/08/1982 Nơi thường trú: Thị trấn Phú Mỹ, Phú Tân, An Giang Đơn vị công tác: Trường trung học phổ thông Chu Văn An Chức vụ hiện nay: Tổ trưởng tổ Toán, Bí thư Chi bộ KHTN 2 Lĩnh vực công tác: chuyên môn Toán II. SƠ LƯỢC ĐẶC ĐIỂM TÌNH HÌNH ĐƠN VỊ: 1. Đặc điểm tình hình: Trường THPT Chu Văn An được thành lập từ năm 1975, tiền thân là trường cấp III Phú Tân, trải qua hơn 4 thập kỷ đội ngũ cán bộ, giáo viên, viên chức ngày càng lớn mạnh. Nhìn chung, bộ máy tổ chức của trường THPT Chu Văn An ổn định, các tổ chuyên môn đoàn kết, gương mẫu làm tốt nhiệm vụ được giao. Trường học nhiều năm liền được đánh giá “hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ”. Thành tích đạt được năm học 2017-2018 như sau:  Chất lượng văn hóa:  Học lực: Giỏi: 304 học sinh, tỉ lệ: 23,68% Khá: 708 học sinh, tỉ lệ: 55,14% Trung bình: 244 học sinh, tỉ lệ: 19% Yếu: 06 học sinh, tỉ lệ: 2,18%  Hạnh kiểm: Tốt: 1265 học sinh, tỉ lệ: 98,52% Khá: 18 học sinh, tỉ lệ: 1,4% Trung bình: 1 học sinh, tỉ lệ: 0,08% Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 1
  2. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang  Chất lượng học sinh giỏi cấp tỉnh:  Học sinh giỏi các môn văn hóa cấp tỉnh: 21 giải  Học sinh thi máy tính bỏ túi cấp tỉnh: 07 cấp tỉnh  Chất lượng hoạt động các cuộc thi:  Tham gia nhiều cuộc thi của Sở, Huyện tổ chức rất tích cực, đạt hiệu quả.  Tổ chức các Câu lạc bộ:Toán, Ngữ văn, Tiếng Anh, … rất thành công, học sinh được giáo viên hướng dẫn tận tình, tham gia nhiều bài viết, nhiều tiết mục sáng tạo, phát hiện học sinh có nhiều tiềm năng triển vọng. 2. Tên sáng kiến: MỘT SỐ BÀI TOÁN GIỚI HẠN DÃY SỐ CHO HỌC SINH GIỎI LỚP 11 TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN. 3. Lĩnh vực sáng kiến: Toán học. III. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA SÁNG KIẾN: 1. Thực trạng và sự cần thiết phải áp dụng giải pháp, sáng kiến: Dãy số, hàm số là một vấn đề cơ bản và nền tảng của giải tích, là một lĩnh vực rất khó và rất rộng, sử dụng nhiều kiến thức khác nhau của toán học. Có rất nhiều bài toán về dãy số như tìm số hạng tổng quát của dãy, chứng minh các tính chất của dãy, tính tổng các số hạng của dãy, tìm giới hạn của dãy,….trong đó bài toán tìm giới hạn dãy thường xuất hiện nhiều nhất trong các kì thi học sinh giỏi, các kỳ thi Olympic. Những năm gần đây, các bài toán về dãy số rất ít xuất hiện trong các đề thi trung học phổ thông quốc gia nên nhiều học sinh không hứng thú với nội dung này. Tài liệu tham khảo về dãy số cũng rất ít, hoặc có thì nội dung đề cập quá cao so với trình độ của học sinh phổ thông không chuyên hiện nay. Do đó những học sinh có nhu cầu tìm hiểu sâu thêm về dãy số hoặc những học sinh có ý định ôn thi học sinh giỏi rất khó tìm cho mình một tài liệu tham khảo phù hợp. Học sinh khối 11 trung học phổ thông không chuyên, đặc biệt là học sinh trường THPT Chu Văn An không có điều kiện để học hỏi, trao đổi kinh nghiệm thông qua các kỳ thi Olympic 30/4, các kỷ yếu, ....do các trường chuyên tổ chức. Thực tế hiện nay, các em chủ yếu học tập các bài toán dãy số trong sách giáo khoa và trong sách bài tập, do đó khi gặp các bài toán dãy số trong các kỳ thi học sinh giỏi, các em thường lúng túng, không tìm được lời giải. Bài viết này không phải tất cả các vấn đề về giới hạn của dãy số được đề cập mà bài viết chỉ đề cập đến một số bài toán tìm giới hạn của dãy gặp nhiều trong các kì thi. Bài viết này không phải là một giáo trình, tài liệu về dãy số mà đúng hơn đó là sự cóp nhặt, những ghi nhận của bản thân trong quá trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi, đôi khi nó mang tính chủ quan. Rất mong quý thầy, cô, các bạn đọc giả xem đây như là một tài liệu mở và tiếp tục triển khai, ghi nhận và góp ý cho những cái chưa hay, chưa chính xác. Phần nội dung chính của giải pháp, sáng kiến là xoay quanh một số bài toán tìm:  Giới hạn dãy số bằng cách xác định số hạng tổng quát của dãy số đó.  Giới hạn của dãy số dạng: un 1  f un  Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 2
  3. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang n  Giới hạn của tổng thường gặp: lim  H x i  i 1  Giới hạn của các dãy số sinh bởi nghiệm của phương trình. 2. Nội dung sáng kiến: 2.1. Cơ sở lý luận của vấn đề: 2.1.1. Các định nghĩa: 1) Dãy số tăng, dãy số giảm. Dãy số un  được gọi là dãy số tăng nếu un  un 1, n  * Dãy số un  được gọi là dãy số giảm nếu un  un 1, n  * 2) Dãy số bị chặn. Dãy số un  được gọi là bị chặn trên nếu tồn tại số M sao cho un  M , n  * Dãy số un  được gọi là bị chặn dưới nếu tồn tại số m sao cho un  m, n  * Dãy số un  được gọi là bị chặn nếu nó bị chặn trên và bị chặn dưới . 3) Cấp số cộng. Dãy số un  được gọi là cấp số cộng nếu un 1  un  d , n   * , trong đó d là số không đổi, gọi là công sai của cấp số cộng. Nếu dãy số un  là cấp số cộng thì un  u1  n  1d, n  2 . Nếu dãy số un  là cấp số cộng thì tổng n Sn  u1  u2  ...  un  u  un  2 1 4) Cấp số nhân. Dãy số un  đươc gọi là cấp số nhân nếu un 1  un .q , n   * , trong đó q là số không đổi, gọi là công bội của cấp số nhân. Nếu dãy số un  là cấp số nhân thì un  u1.q n 1, n  2 Nếu dãy số un  là cấp số nhân với q  1, q  0 thì tổng 1 qn Sn  u1  u2  ...  un  u1. 1 q 2.1.2. Các định lý: 1) Định lý 1. Nếu lim un  a thì lim un  a 2) Định lý 2. Nếu q  1 thì lim q n  0 Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 3
  4. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang 3) Định lý 3. Cho dãy un  xác định bởi công thức truy hồi un 1  f (un ) , trong đó f (x ) là hàm số liên tục. Khi đó, nếu un   a thì a là nghiệm của phương trình f (x )  x . 4) Định lý 4. Cho dãy số un  với u1  a là một số thực cho trước và un 1  f (un ) . Khi đó a) Nếu f (x ) là hàm số đồng biến và x 1  x 2 thì un  là dãy số tăng. b) Nếu f (x ) là hàm số đồng biến và x 1  x 2 thì un  là dãy số giảm. 5) Định lí 5. Cho dãy số (un ) với u1  a là một số thực cho trước và un 1  f (un ) . Khi đó a) Nếu f (x ) là hàm số nghịch biến và x 1  x 2 thì u2n  là dãy số tăng và u2n 1  là dãy số giảm. b) Nếu f (x ) là hàm số nghịch biến và x 1  x 2 thì u2n  là dãy số giảm và u2n 1  là dãy số tăng. 6) Nguyên lý kẹp. Cho ba dãy số un , vn , wn  sao cho: n  , n  , n  n  u  v  w  0 0 n n n  lim u  lim w  a  lim vn  a  n n n  n  n  7) Tiêu chuẩn hội tụ (Tiêu chuẩn Weierstrass) a) Một dãy số đơn điệu và bị chặn thì hội tụ. b) Một dãy số tăng và bị chặn trên thì hội tụ. c) Một dãy số giảm và bị chặn dưới thì hội tụ. 8) Định lý LAGRANGE. Nếu f (x ) là hàm số liên tục trên đoạn a;b  , có đạo hàm   trong khoảng a;b  thì tồn tại c  a; b  sao cho f (b )  f (a ) f '(c )  hay f (b)  f (a )  f '(c )(b  a ) b a 2.2. Các dạng toán thường gặp: 2.2.1. Giới hạn dãy số bằng cách xác định số hạng tổng quát của dãy số đó. Trong dạng này, chủ yếu là áp dụng các công thức về định nghĩa cấp số cộng, cấp số nhân, công thức về tổng n số hạng đầu của cấp số cộng, cấp số nhân và đặt dãy số phụ. u  2 Bài toán 1: Cho dãy số un  xác định bởi:  1 . un 1  un  2n  3, n  1  Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 4
  5. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang un Tính giới hạn L  lim un 1 Bài giải Theo đề suy ra: u1  2 u2  u1  2.1  3 u 3  u2  2.2  3 … … un  un 1  2 n  1  3 Cộng theo vế n đẳng thức trên ta được un  2  2 1  2  ...  n  1  3 n  1    un  2  n  1 n  3 n  1  n 2  4n  5  un 1  un  2n  3  n 2  2n  2 4 5 2  21 un n  4n  5 n n L  lim  lim 2  lim 1 un 1 n  2n  2 2 2 1  2 n n  u1  1  Bài toán 2: Cho dãy số un  xác định bởi:   un . un 1  ;n  1  1  3n  2 un  Tính giới hạn L  lim un Bài giải 1 1 Từ công thức truy hồi suy ra   3n  2; n  1 un 1 un Từ đó ta có 1 1 u1 1 1   3.1  2 u2 u1 1 1   3.2  2 u3 u2 Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 5
  6. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang 1 1   3.3  2 u4 u3 … … 1 1   3 n  1  2 un un 1 Cộng n đẳng thức trên theo vế ta được 1  1  3 1  2  ...  n  1  2 n  1 un    1  1 3 n  1 n  2 n  1  3n 2  n  2 un 2 2 2  un  3n 2  n  2 Vậy L  lim un  0 u  2  1 Bài toán 3. Cho dãy số un  xác định bởi:  u  un 1  1 , n  2 .  n 2 Tính giới hạn L  lim un Bài giải un 1  1 Ta có un   2un  un 1  1  2 un  1  un 1  1 2 1 Đặt vn  un  1 . Ta được: 2vn  vn 1  vn  v  (vn ) là một cấp số 2 n 1 1 nhân có số hạng đầu v1  u1  1  1 và công bội q  2  1 n 1  1 n 1  Suy ra vn     un     1, n  2  2   2   n 1   1   Vậy L  lim un  lim    1  1  2     u  2, u  5 Bài toán 4. Cho dãy số (un ) xác định như sau:  1 2 un 2  5un 1  6un , n  1 (1)  Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 6
  7. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang  u  Tính giới hạn L  lim  n   3n  Bài giải Từ đẳng thức (1), ta có: un 2  2un 1  3 un 1  2un  Đặt vn  un 1  2un , n  1 . Khi đó: un 2  2un 1  3 un 1  2un   vn 1  3.vn  (vn ) là một cấp số nhân có công bội q  3 và số hạng đầu v1  u2  2u1  1 Suy ra vn  v1.q n 1  3n 1, n  1 . Mặt khác, cũng từ đẳng thức (1), ta có: un 2  3un 1  2 un 1  3un  Đặt wn  un 1  3un , n  1 . Khi đó: un 2  3un 1  2 un 1  3un   wn 1  2.wn  (wn ) là một cấp số nhân có công bội q  2 và số hạng đầu w1  u2  3u1  1 Suy ra wn  w1.q n 1  2n 1, n  1 . u n 1  n 1  2un  3 Ta có hệ phương trình   un  3n 1  2n 1, n  1 u  3un  2 n 1  n 1  u   n 1   n  3n 1  2n 1  1 1  2   1 Vậy L  lim  n   lim  lim        3  3n  3 3  3   3   Bài toán 5. Cho dãy số (un ) xác định bởi công thức: u  1; u  2  1 2  . n .un 2  (3n  2).un 1  2(n  1).un , n  * (1)   u  Tính giới hạn L  lim  nn   n.2  Bài giải Từ đẳng thức (1): n.un 2  (3n  2).un 1  2(n  1).un  n un 2  un 1   2(n  1) un 1  un  un 2  un 1 un 1  un   2. n 1 n Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 7
  8. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang un 1  un Đặt vn  , ta được: vn 1  2vn  (vn ) là một cấp số nhân có công n bội q  2 và số hạng đầu v1  u2  u1  1 Suy ra vn  2n 1, n  1 Khi đó: un 1  un  n.2n 1  un  u1  1.20  2.21  3.22  ...  (n  1).2n 2  un  2  2.21  3.22  ...  (n  1).2n 2  , n  1    2un  4  2.22  3.23  ...  (n  2).2n 2  (n  1).2n 1      2un  un  (n  1).2n 1  2  22  23  ...  2n 2   un  (n  1).2n 1  (2n 1  2)  (n  2).2n 1  2  u  (n  2).2n 1  2 1 n 2 1  1  n  L  lim  n   lim  lim  .    n.2  n.2n 2 n n.2n 1  2  2.2.2. Giới hạn của dãy số dạng un 1  f un  u  1  1 Bài toán 6. Cho dãy số thực (un ) xác định bởi  u . un  2 n 1 , n  2 (1)  un 1  1  Tính giới hạn L  lim un Bài giải Bằng phép quy nạp toán học, ta chứng minh được un  0, n  1 , vậy dãy (un ) bị chặn dưới. Từ hệ thức (1), ta suy ra được: * un un3 n   , un 1  un   un    0 , vậy dãy (un ) là dãy số un2  1 un2  1 giảm. Do (un ) giảm và bị chặn dưới nên theo Tiêu chuẩn Weierstrass nó có giới hạn. Giả sử lim un  a thì a  0 Chuyển qua giới hạn hệ thức (1) khi n   ta có: a a a 0 2 a 1 Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 8
  9. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang Vậy L  lim un  0 u  1  1 Bài toán 7. Cho dãy số thực (un ) xác định bởi  1 2019  . un  un 1  , n  2 (1)  2  un 1   Tính giới hạn L  lim un Bài giải Bằng phép quy nạp toán học, ta chứng minh được un  0, n  1 . Mặt khác, ta lại có: 1 2019  1 2019 un  un 1    .2. un 1.  2019 , vậy dãy (un ) bị chặn dưới. 2  un 1  2 un 1 Từ hệ thức (1), ta suy ra được: * 1  2019  2019  un2 n   , un 1  un  un    un   0 , vậy dãy (un ) là 2  un  2un dãy số giảm. Do (un ) giảm và bị chặn dưới nên theo Tiêu chuẩn Weierstrass nó có giới hạn. Giả sử lim un  a thì a  2019 Chuyển qua giới hạn hệ thức (1) khi n   ta có: 1  2019  a a    a  2019 2 a  Vậy L  lim un  2019 x  2019  0 Bài toán 8. Cho dãy số thực x n  xác định bởi:   1 . x n 1  , n    4  3x n Tính giới hạn L  lim x n Bài giải 1 3 Xét hàm số f x   , ta có f ' x    0 suy ra f là hàm tăng. 4  3x 2 4  3x  Tính toán trực tiếp ta có x 2  x 3 , do đó dãy x n  tăng. (1) n 2 Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 9
  10. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang 1 Dễ dàng chứng minh bằng qui nạp ta được x n  , với mọi n  1 . (2) 3 Từ (1) và (2) suy ra dãy có giới hạn. 1 Gọi a là giới hạn của dãy thì a  và a là nghiệm của phương trình 3 1 1 a  f a   a  a  4  3a 3 1 Vậy L  lim x n  . 3 u  2019  1 Bài toán 9. Cho dãy số thực un  xác định bởi:   un . un 1  3  , n  * (1)  un2  1  Tính giới hạn L  lim un . Bài giải Bằng quy nạp chứng minh được un  3, n  1 Giả sử rằng un  có giới hạn là a thì a  3 và a là nghiệm của phương trình a2   a 2 a 3  a 3  a2  1 a2  1    2 a  2 2 2  a  3a  3a  3  0 a 2  3a  1  3  15  2 a  a  3a  3 2  Xét hàm số f (x )  3  x 2 x 1 trên   3;  , thì un 1  f (un ) và f (a )  a Ta có: f '(x )   1  f '(x )  1 , x   3;   x  3 2 2 2 1 Xét hiệu sau đây và kết hợp với định lý Lagrange ta suy ra: Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 10
  11. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang un 1  a  f (un )  f (a )  f '(cn ) un  a  = f '(cn ) un  a (cn  un ; a   cn  a; un ) 1  1 n < un  a
  12. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang x  a  1 Bài toán 11. Cho dãy số x n  xác định bởi  . xn 1  3xn3  7x n2  5x n , n  1  Tìm tất cả các giá trị a để dãy x n  có giới hạn hữu hạn. Bài giải Nếu dãy có giới hạn là k thì k là nghiệm của phương trình 4 3k 3  7k 2  5k  k  k  0; k  1; k  3 Xét hàm số f x   3x 3  7x 2  5x . Khi đó dãy đã cho có dạng x n 1  f x n , n   * .  5 Ta có f ' x   9x 2  14x  5  9 x  1x    9  f x   x  3x 3  7x 2  4x  x x  13x  4 , suy ra x 1  x 0  f x 0   x 0  x 0 x 0  13x 0  4 Ta có bảng biến thiên sau Trường hợp 1. a  0 . Từ bảng biến thiên suy ra x n  0 và x 1  x 0 ; do f tăng nên x n  là dãy giảm.  4  Giả sử lim x n  b khi đó b  0;1;  và b  a , do a  0 nên không tồn tại b.  3  Suy ra dãy không có giới hạn khi a  0 . Trường hợp 2. a  0 . Khi đó dãy x n  là dãy hằng và lim x n  0 4 Trường hợp 3. a  3 Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 12
  13. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang 4  Từ bảng biến thiên suy ra x n   ;  và x 1  x 0 và do f tăng nên x n  là dãy  3   4  4 tăng. Nếu tồn tại giới hạn của dãy là b khi đó b  0;1;  và b  a , do a  nên  3  3 4 không tồn tại b . Suy ra dãy không có giới hạn khi a  . 3 4 Trường hợp 4. a  3 4 Khi đó dãy x n  là dãy hằng và lim x n  3  4 Trường hợp 5. a  0;   3   4 Từ bảng biến thiên suy ra x n  0;  và  3  2 x n 1  1  x n  1 3x n  1  x n  1  4 (do x n  0;  nên x n  13x n  1  1 ).  3  1 Bằng phương pháp qui nạp ta thu được x n 1  1  a  1  , suy ra x n  có 3 giới hạn là 1. n 2.2.3. Giới hạn của tổng thường gặp  H x i  i 1 n Cho dãy số x n  f x n 1 , n  2 . Để tính giới hạn của  H x i  (trong đó i 1 H x i  là biểu thức theo các số hạng của dãy đã cho) ta thực hiện theo các bước sau Bước 1. Chỉ ra rằng lim x n   n Bước 2. Tính  H x i  i 1 n Bước 3. Tìm lim  H x i  i 1 Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 13
  14. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang x  1  1 Bài toán 12. Cho dãy số x n  thoả mãn  . x n 1  2019x n2  x n , n  1  x x2 x n   Tìm L  lim    ...  1  .  x 2 x 3 x n 1  Bài giải Bước 1. (có thể sử dụng định nghĩa hoặc tính chất dãy đơn điệu) Ta có x n 1  x n  2019x n2  0 n  1,2,... nên dãy x n  là dãy tăng và là dãy dương Giả sử dãy có giới hạn hữu hạn là a thì a  2019a 2  a  a  0 (vô lý). Vậy lim x n   Bước 2. xk 1  1 1  Ta có x k 1  2019x k2  x k      x k 1 2019  x k x k 1  x1 x2 xn 1  1 1  Suy ra   ...      x2 x3 x n 1 2019  x1 x n 1  x x x  1 Vậy L  lim  1  2  ...  n    x 2 x 3 x n 1  2019  x  1  1 2 Bài toán 13. Cho dãy số x n  xác định bởi   .  x n21  4x n 1  x n 1 x n  , n  2  2 n 1 Chứng minh rằng dãy yn  với yn   có giới hạn hữu hạn và tìm giới hạn đó. i 1 x i2 Bài giải Nhận thấy x n  0, n  1 . Ta có x n2 1  4x n 1  x n 1 2x n 1 x n  x n 1   x n 1   0, n  2 2 x n2 1  4x n 1  x n 1 Do đó dãy x n  là dãy tăng. Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 14
  15. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang a 2  4a  a Giả sử lim x n  a suy ra a  0 và a   a  0 (vô lí) 2 Vậy lim x n   . x n2 1  4x n 1  x n 1 Từ x n  , n  2, 3,... 2 1 1 1  x n2  x n  1 x n 1    , n  2 x n2 x n 1 xn n 1 1 1 1 1 1  1 1 Suy ra yn             ...     i 1 x i2 x 12  x 1 x 2   x 2 x 3   x n 1 x n  1 1 1 1     6  , n  2 x 12 x1 x n xn Vậy yn  có giới hạn hữu hạn và lim yn  6 . 2.2.4. Giới hạn của các dãy sinh bởi phương trình 1 1 1 1 1 Bài toán 14. Xét phương trình   ...  2  ...  2  x  1 4x  1 k x 1 n x 1 2 trong đó n là số nguyên dương. 1) Chứng minh rằng với mỗi số nguyên dương n , phương trình trên có duy nhất nghiệm trong 1;  và ký hiệu nghiệm đó là x n . 2) Chứng minh rằng lim x  4 n  n Bài giải 1) Chứng minh với mỗi số nguyên dương n, phương trình có duy nhất nghiệm trong 1;  1 1 1 1 1 Xét phương trình   ...  2  ...  2  với x  1 4x  1 k x 1 n x 1 2 x  1;  (1) 1 1 1 1 1 (1)  fn (x )      ...  2  ...  2 0 (2) 2 x  1 4x  1 k x 1 n x 1 Khảo sát tính đơn điệu của fn (x ) trên 1;  Dễ thấy rằng f (x ) liên tục trên 1;  Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 15
  16. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang Do      1 4 k2 n2   0, x  1;  ' fn (x )      ...   ...      x  12 4x  12  2  k x 1 2  n 2x  1     nên fn (x ) nghịch biến trên x  1;  . (3) Xét sự tồn tại nghiệm của phương trình (2) trên 1;   lim f (x )     n Do fn (x ) liên tục trên 1;  và   x 1 (4)  lim f (x )   1 x  n 2 Từ (3) và (4) suy ra với mỗi số nguyên dương n, phương trình trên có duy nhất nghiệm trong 1;  . 2) Ký hiệu nghiệm đó là x n .Chứng minh rằng lim x n  4 n  So sánh fn (x n ) và fn (4) , ta có 1 1 1 1 1 fn (4)    2  2  ...  2  ...  2 2 2 1 4 1 2k   1 2n   1 1 1 1 1 1 1 1 1   1  1     ...    ...    2 3 3 5 2k  1 2k  1 2n  1 2n  1 1  0 2 2n  1 Do fn (x n )  0 nên fn (x n )  fn (4) . Do fn (x ) nghịch biến trên 1;  và fn (x n )  fn (4) nên theo định nghĩa tính đơn điệu suy ra x n  4 Lại tiếp tục đánh giá x n . Áp dụng định lý Lagrange cho fn (x n ) trên x n ; 4  , ta suy ra với mỗi số n nguyên dương, tồn tại cn  x n ; 4  sao cho 1 fn 4  fn (x n )  fn' (cn )(4  x n )  fn' (cn )  2 2n  14  x n  Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 16
  17. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang Mặt khác    2 2  '  1 4 k n  1 fn (cn )      ...   ...  2     2 2 2 9  c  1 4cn  1 k 2cn  1 n 2cn  1   n  2 1 1 (Do 1  x n  cn  4  0  cn  1  9    ) nên 2 9 cn  1 1 1 9    xn  4  2 2n  14  x n  9 2 2n  1 9 Tóm lại ta luôn có: 4  x n  4 với mỗi số nguyên dương n (5) 2 2n  1 Từ (5) và theo nguyên lý kẹp ta suy ra được lim x n  4 . n  1 1 1 1 1 Bài toán 15. Xét phương trình    ...   ...  0 2x x  1 x  4 x k 2 x  n2 trong đó n là số nguyên dương. 1) Chứng minh rằng với mỗi số nguyên dương n , phương trình trên có duy nhất nghiệm trong 0;1 và ký hiệu nghiệm đó là x n . 2) Chứng minh rằng tồn tại giới hạn hữu hạn lim x n n  Bài giải 1) Chứng minh với mỗi số nguyên dương n , phương trình có duy nhất nghiệm trong 0;1 1 1 1 1 1 Xét phương trình    ...   ...   0 với 2x x  1 x  4 x k 2 x  n2 x  0;1 (1) 1 1 1 1 1 Đặt fn (x )     ...   ...  2x x  1 x  4 x  k2 x  n2 Khảo sát tính đơn điệu của fn (x ) trên 0;1 Do     2 1 1 1 fn (x )    '   ...   ...    0, x  0;1 2    2x 2 x  12     2 2   x  k2 x n   Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 17
  18. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang nên fn (x ) nghịch biến trên 0;1 . (2) Xét sự tồn tại nghiệm của phương trình (1) trên 0;1  lim f (x )     n Do fn (x ) liên tục trên 0;1 và x  0 (3)  lim fn (x )   x 1 Từ (2) và (3) suy ra với mỗi số nguyên dương n , phương trình trên có duy nhất nghiệm trong 0;1 . 2) Chứng minh rằng tồn tại giới hạn hữu hạn lim x n n  Khảo sát tính đơn điệu và bị chặn của x n  Với mỗi số nguyên dương n ta có: 1 1 1 1 1 1 fn 1(x n )     ...   ...   2x n x n  1 x n  4 xn  k 2 x n  n 2 x  n  12 n 1 1  fn (x n )  2  fn 1(x n )  2  0 (do 0  x n  1) x n  n  1 x n  n  1 Mặt khác lim fn 1(x )   và fn 1(x ) nghịch biến trên 0; x n  nên suy ra x  0 phương trình fn 1(x )  0 có duy nhất nghiệm trên 0; x n  , gọi nghiệm duy nhất này là x n 1 . Do 0; x n   0;1 nên 0  x n 1  x n . Dãy x n  là dãy đơn điệu giảm và bị chặn dưới bởi 0 nên tồn tại giới hạn hữu hạn lim x . n  n Bài toán 16. Xét phương trình x n  x 2  x  1  0 trong đó n là số nguyên dương và n  3. 1) Chứng minh rằng với mỗi số nguyên dương n  2 , phương trình trên có một nghiệm dương duy nhất và ký hiệu nghiệm đó là x n . 2) Tìm lim x n  n Bài giải 1) Chứng minh với mỗi số nguyên dương n  2 , phương trình có duy nhất nghiệm Xét phương trình x n  x 2  x  1  0  x n  x 2  x  1  1 x  0, n  2 suy ra phương trình chỉ có nghiệm x  1. (1) Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 18
  19. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang Đặt fn x   x n  x 2  x  1, x  1, n  2 Khảo sát tính đơn điệu của fn (x ) trên 1;  Do fn '(x )  nx n 1  2x  1, fn "(x )  n n  1 x n 2  2  0 n  3, x  1 Suy ra fn '(x )  fn' 1  n  2  1  0, n  3 nên fn (x ) đồng biến trên x  1;  . (2) Xét sự tồn tại nghiệm của phương trình trên 1;   lim f (x )  2   n Do fn (x ) liên tục trên 1;  và  x 1 nên  lim fn (x )  2n  4  2  1  0, n  3 x 2 tồn tại x 0  1;2 sao cho fn (x 0 )  0 (3) Từ (2) và (3) suy ra với mỗi số nguyên dương n , phương trình trên có duy nhất nghiệm trong 1;2 . 2) Ký hiệu nghiệm đó là x n . Chứng minh rằng lim x n  1 n  Do x n là nghiệm của phương trình (1) nên : x nn  x n2  x n  1  0  x n  n x n2  x n  1   Theo bất đẳng thức Cô-si, ta có: xn  n x n2  x n  1  n xn2  xn  1 . 1.1...1  n 1 sô 1 x n2  x n  1  1  ...  1 n sô 1 x n2  x n  n   (4) n n Kết hợp với x n  2 , với mọi n  1, 2... ta được: x n2  x n  6 (5) 6 Từ (4) và (5) suy ra: 1  x n  1  n  6 Do lim 1    1 và theo nguyên lý kẹp suy ra lim x n  1 n    n  n  Bài toán 17. Xét phương trình x n  x  n trong đó n là số nguyên dương n  2 . 1) Chứng minh rằng với mỗi số nguyên dương, phương trình trên có một nghiệm dương duy nhất và ký hiệu nghiệm đó là x n . Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 19
  20. Trường THPT Chu Văn An Giáo viên: Lê Quốc Sang 2) Chứng minh dãy có giới hạn và tìm giới hạn đó lim x n n  Bài giải 1) Chứng minh với mỗi số nguyên dương n  2 , phương trình trên có nghiệm dương duy nhất Xét phương trình: x n  x  n Khảo sát tính đơn điệu của fn (x )  x n  x  n, x  0 trên Dễ thấy fn x   0, x  0;1 (1)   Do fn' (x )  nx n 1  1  0 với mọi x  1;  nên fn (x ) là hàm số đồng biến trên 1;  (2)   f (1)  n  0 n Do fn (x ) liên tục trên  0;  và   nên tồn tại x 0  1; n   fn (n )  n n  2n  0  sao cho fn (x 0 )  0 (3) Từ (2) và (3) suy ra với mỗi số nguyên dương n  2 , phương trình trên có duy nhất nghiệm trong 1;n  . 2) Ký hiệu nghiệm đó là x n .Tìm lim x n  n Do x n là nghiệm của phương trình (1) nên x nn  x n  1  1  x n  n x n  n  n 2n n Vì lim 2n  1 , theo nguyên lý kẹp ta được lim x  1 n  n  n Vậy lim x n  1 n  Bài toán 18. Xét phương trình x n  x n 1  ...  x  1  0 với n là số nguyên dương và n  2 . 1) Chứng minh rằng với mỗi số nguyên dương n  2 , phương trình trên có một nghiệm dương duy nhất và ký hiệu nghiệm đó là x n . 2) Tìm lim x . n  n Bài giải 1) Chứng minh với mỗi số nguyên dương n  2 , phương trình trên có nghiệm dương duy nhất Xét phương trình: x n  x n 1  ...  x  1  0 (1) Một số bài toán giới hạn dãy số cho học sinh giỏi lớp 11 trường THPT Chu Văn An Trang 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2