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這個數列極限問題如何解決呢?

數列 收斂於相同的極限並求該極限.


真要說起來,這個問題的歷史其實相當古老,可以追溯到2000多年前古希臘的阿基米德

我給出幾種做法

為了方便起見,我把題目形式稍加變化一下,變成:

數列 ,滿足 .

求數列 的通項公式.

也就是相當於把你的原題進行倒代換,別的完全不影響

為什麼這麼變?因為這樣方便揭示其幾何意義

好了,先說這題解法:

方法(一)

注意到三角恆等式

顯然

由於

由數學歸納法

注意此處隨著不同的初值 , ,三角換元的過程是可能出現複數的,不去管它.

實在不想看到複數,某些初值下可以改使用雙曲換元.

這個方法是最直接快捷的,但是那兩個三角恆等式不屬於最常見的,應該不是每個人都能想到.

方法(二)

由此兩式消去 , 可得

則有

由數學歸納法,

其中

注意此處隨著不同的初值 , ,三角換元的過程是可能出現複數的,不去管它.

否則的話,也可以採取這樣的換元:

則數學歸納法,

它實際上和雙曲餘弦換元是等價的


顯然,數列

時是有著共同極限的,這個共同極限是

(對於你的原題的話,就是取

然後共同極限是


而如果這麼取值:當 時,這個共同極限便是

這就是當年阿基米德計算圓周率時採用的割圓術

其中

這恰好是圓的內接正邊形的周長與圓直徑的比值

這是圓的外切正邊形的周長與圓直徑的比值

此時顯然有

構成了一個非常典型的閉區間套,並且所有區間端點都是代數數,最後卻構造出了一個超越數

我們令 為圓的外切正 邊形的邊長與直徑的比值(半邊長與半徑的比值)

為圓的內接正 邊形的邊長與直徑的比值(半邊長與半徑的比值)

那麼很顯然

為了簡單起見,不如令半徑為1

圖中

過點 作圓切線交 於點 ,交 於點

那麼

(因為

由幾何關係

(相似三角形)

顯然有

(勾股定理)

這就從幾何意義上解釋了這個數列


來了來了,答主在線pvp

雖然高斯的Arithmetic-Geometric Mean很有名但是也不用強行改問題吧。

不妨設 . 我們設 ,由遞推式,我們有

這是明顯的二倍角公式。因此如果我們令 ,則有 . 此時帶入 的遞推式,我們有

因此連乘可以得到 . 令n趨於無窮大,眾所周知, (證明利用 即可),因此

. 類似地, 的通項公式和極限也可以求出來,答案是相同的.


這個數列有時被稱為Schwab數列,因為J.Schwab在1813年研究過它。這個數列和高斯的算術幾何平均數列有異曲同工之妙,構造簡單,並可以速度極快地逼近一些超越函數。

為了方便,如題主所說,記 關於數列的收斂性,先說結論:

Schwab數列 滿足 收斂速度是指數級的:

現在給出證明。首先易見

不等式

由歸納法可知,不等式 成立。

可見, 單調增有上界, 單調減有下界,所以它們都收斂。在遞推式中令 知,它們的極限相等。也可以從上面的不等式(*)得到 由此也可見兩個數列收斂於共同的值,而且是指數收斂的。

記這個共同的極限為 易見它有齊次性:

所以,不妨先考慮 的情形。應用等式 由歸納法容易知道

乘上式,整理得 所以

應用齊次性推出 其中 滿足 證畢。


注1 用同樣的方法可以推出,如果 其中 滿足

注2 取 則有 換言之, 這可以迅速地逼近圓周率。


來源:菲赫金哥爾茨 著 微積分學教程(第一卷)(第8版)

註:題主所說的an+1實際上不等式只有加強,結果不變。


我怎麼總感覺你的題出錯了呢

我總覺得Bn+1等於根號anbn

不會做,給你提供一個思路吧

如果按我說的那樣更改題目,會十分完美

抱歉然後不會了


這不是一個簡單的問題,可以去了解高斯積分再嘗試解答


.


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