数学二数列极限考研题目

更新时间:2025-12-13 13:58:40
最佳答案

题目:已知数列$\{a_n\}$满足$a_1=1$,且对于任意$n\in \mathbb{N}^*$,有$a_{n+1}=\sqrt{a_n^2+2}$,求$\lim_{n\to\infty}a_n$。

解题过程:

Step 1:观察数列$\{a_n\}$的定义,可以发现$a_n$的值随着$n$的增加而增加,即数列$\{a_n\}$是单调递增的。

Step 2:由于$a_n$是单调递增的,因此可以考虑使用夹逼准则来求解极限。

Step 3:根据数列的定义,有$a_{n+1}=\sqrt{a_n^2+2}$,两边同时平方得$a_{n+1}^2=a_n^2+2$。

Step 4:对上式进行变形,得$a_{n+1}^2-2=a_n^2$。

Step 5:将上式代入$a_{n+1}=\sqrt{a_n^2+2}$,得$a_{n+1}=\sqrt{a_n^2+2}=2-\frac{2}{a_n}$。

Step 6:将$a_{n+1}$的表达式代入$a_{n+1}^2-2=a_n^2$,得$(2-\frac{2}{a_n})^2-2=a_n^2$。

Step 7:展开并整理上式,得$4-\frac{8}{a_n}+\frac{4}{a_n^2}-2=a_n^2$。

Step 8:将上式两边同时乘以$a_n^2$,得$4a_n^2-8a_n+4=4a_n^4$。

Step 9:移项并整理,得$4a_n^4-4a_n^2+8a_n-4=0$。

Step 10:令$t=a_n^2$,则上式变为$4t^2-4t+8t-4=0$。

Step 11:化简得$4t^2+4t-4=0$。

Step 12:将上式除以4,得$t^2+t-1=0$。

Step 13:使用求根公式,得$t=\frac{-1\pm\sqrt{1+4}}{2}=\frac{-1\pm\sqrt{5}}{2}$。

Step 14:由于$t=a_n^2$,且$a_n$是单调递增的,因此$t$的取值应为正数,所以$t=\frac{-1+\sqrt{5}}{2}$。

Step 15:将$t$的值代回$a_n^2$,得$a_n^2=\frac{-1+\sqrt{5}}{2}$。

Step 16:由于$a_n$是单调递增的,因此$a_n$的取值应为正数,所以$a_n=\sqrt{\frac{-1+\sqrt{5}}{2}}$。

Step 17:求极限$\lim_{n\to\infty}a_n$,得$\lim_{n\to\infty}a_n=\sqrt{\frac{-1+\sqrt{5}}{2}}$。

答案:$\lim_{n\to\infty}a_n=\sqrt{\frac{-1+\sqrt{5}}{2}}$。

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