函数极限与数列极限的关系

数学分析数学与信息科学学院罗仕乐§3.3 函数极限存在的条件本节介绍函数极限存在的两个充要条件.仍以极限)(lim 0x f xx 为例一Heine 归结原则——函数极限与数列极限的关系：二单调有界定理:三Cauchy 准则:1.子列收敛性(函数极限与数列极限的关系)定义{}.)(),(,),(),(,)(.),(),,(2100时的子列当为函数即则称数列时使得有数列中或可以是设在过程a x x f x f x f x f x f a x n a x x x x a a x n n n n →→∞→≠→-+ 定理.)(lim ,)()(,)(lim A x f ax x f x f A x f n n n ax =→=∞→→则有时的一个子列当是数列若一Heine 归结原则——函数极限与数列极限的关系：证Ax f x x =→)(lim 0.)(,0,0,00ε<-δ<-<>δ∃>ε∀∴A x f x x 恒有时使当,lim 00x x x x n n n ≠=∞→且又 .0,,0,00δ<-<>>∃>δ∴x x N n N n 恒有时使当对上述,)(ε<-A x f n 从而有.)(lim A x f n x =∞→故数学分析第3.3节例如,1sin lim 0=→xxx xxy sin =,11sin lim =∞→nn n ,11sin lim =∞→nn n 1sin 1lim22=+∞→n n n 2 函数极限与数列极限的关系函数极限存在的充要条件是它的任何子列的极限都存在,且相等.Heine 定理，又称归结原则数学分析第3.3节一Heine 归结原则——函数极限与数列极限的关系：f0x 0()U x Th 3.8 设函数在点的某空心邻域内有定义.)(lim 0x f x x →⇔0()n x U x ∈)(lim ,0n n n x f x x ∞→→则极限存在,对任何且都存在且相等.{}()n f x lim ()n n f x →∞()f x {}()n f x 注１．是数列，是数列的极限。

使得其后的所有项都位于这个开区间内，而在该区间之外，最多只有{an}的有限项(N项).对于正整数N 应该注意两点:其一，N是随着ε而存在的，一般来讲，N随着ε的减小而增大，但N不是唯一存在的;其二，定义中只强调了正整数N的存在性，而并非找到最小，我们只关注第N项以后的各项均能保持与常数a的距离小于给定的任意小正数ε即可. 的N2(性质收敛数列有如下性质:(1)极限唯一性;(2)若数列{an}收敛，则{an}为有界数列;(3)若数列{an}有极限A，则其任一子列{ank}也有极限A;(4)保号性，即若极限A>0，则存在正整数N1，n>N1时an>0;(5)保序性，即若，且A<B，则存在正整数N1，使得n>N1时an<bn，反之亦成立.定理1 (收敛数列与其奇、偶项数列间的关系)数列{an}收敛于a的充分必要条件是它的奇数项数列{a2k-1}和偶数项数列{a2k}都收敛，且收敛于a.函数极限 1(定义(1)自变量趋于有限值时函数的极限:-函数f(x)在点x0的某一去心邻域内有定义，如果对于任意给定的正数ε(无论它多么小)，总存在正数δ，使得对于满足不等式的一切x，对应的函数值f(x)都满足不等式，则常数A为函数f(x)在x?x0时的极限，记作上述定义的几何意义是:将极限定义中的四段话用几何语言表述为1对:任意以两直线为边界的带形区域;2总:总存在(以点x0位中心的)半径;3当时:当点x位于以点x0位中心的δ空心邻域内时;4有:相应的函数f(x)的图像位于这个带形区域之内. (2)自变量趋于无穷大时函数的极限:设函数f(x)在|x|大于某一正数时有定义，如果任给ε>0，总存在着正数Χ，使得对于适合不等式|x|>Χ的一切x，对应的函数值f(x)都满足不等式|f(x)-A|<ε，则称常数A为函数f(x)当x??时的极限，记作并称y=A为函数y=f(x)的图形的水平渐近线.2(性质(1)极限唯一性;(2)局部有界性若存在，则存在δ1>0，使得f(x)在去心邻域内是有界的，当x趋于无穷大时，亦成立;)局部保号性 (3若，则存在δ1>0，使得时，f(x)>0，当x趋于无穷大时，亦成立;(4)局部保序性若，，且A<B，则存在δ1>0，使得时f(x)<g(x)，当x趋于无穷大时，亦成立.定理2 函数f(x)当x?x0时，极限存在的充分必要条件是函数f(x)当x?x0时的左、右极限都存在些相等，即利用定义证明极限下面介绍用“ε-δ(或N)”证明极限的一般步骤.1.极限值为有限的情形:(1)给定任意小正数ε;(2)解不等式或，找δ或N;(3)取定δ或N;(4)令或，由或成立，推出或.2. 极限值为无穷大的情形(仅以极限为+?与自变量为例): ) 给定任意大正数G; (2) 解不等式; (3) 取定; (4)令，由成立，推出. (1利用极限的定义证明问题关键是步骤(2)，应该非常清楚从哪一种形式的不等式推起，最后得到一个什么形式的式子，由此即可找到所需要的(或N). 极限存在准则1(夹逼准则 (1)数列极限的夹逼准则如果数列{an}，{bn}及{cn}满足下列条件:1存在N，n>N时，bn?an?cn;2则数列{an}的极限存在，且 .(2)函数极限的夹逼准则(以x?x0和x??为例)如果1(或|x|>M)时，有2(或)，则(或)(3)一个重要不等式时，2(单调有界数列必有极限3(柯西(Cauchy)极限存在准则数列{an}收敛的充分必要条件是:对于任意给定的正数ε，存在着这样的正整数N，使得当m，n>N时，有|xn-xm|<ε. 数列极限与函数极限的联系数列可看作一个定义域为自然数集的函数,当自变量从小到大依次取自然数时,便得到相应的一系列函数值, 其解析表达式为an=f(n);函数是连续的,数列相当于一个函数中的一些独立的点，表现在图形上数列是无数的点，而函数是一段曲线;把数列中的n用x来替换后如果函数f(x)存在极限则数列也必定有极限，但是反之不成立。

浅谈数列极限与函数极限在解题中的区别和联系.浅谈数列极限与函数极限在解题中的区别和联系摘要在数学分析中，极限的知识体系包括数列极限和函数极限。

在求解数列极限的方法中，我们从极限的定义出发，根据极限的性质以及相关的定理法则，例如单调有界收敛来论证极限；在求解函数极限时，其方法与数列极限有着相同之处，同时又有所区别。

本文重点在于分析数列极限与函数极限在解题中的相似之处与不同之处，同时研究数列极限与函数极限的关系。

关键词：数列极限；函数极限；区别；联系目录1 数列极限与函数极限在解题中的相似之处 (2)1.1 定义法在极限解题中的应用 (2)1.1.1 定义法概述 (2)1.1.2 定义法解题实例分析 (2)1.2 迫敛性在极限解题中的应用 (3)1.2.1 迫敛性概述 (3)1.2.2 迫敛性解题实例分析 (3)1.3 积分中值定理在极限解题中的应用 (4)1.3.1 积分中值定理概述 ..................................................... 4 1.3.2 积分中值定理实例分析 ............................................. 4 1.4 本章小结 ............................................................................. 4 2 数列极限与函数极限在解题中的不同之处 . (5)2.1 存在条件不同 (5)2.1.1 数列极限存在条件 ..................................................... 5 2.1.2 函数极限存在条件 ..................................................... 6 2.2 特殊形式的极限 .. (7)2.2.1 数列极限的特殊解法研究 ......................................... 7 2.2.3 两个重要形式的函数极限解法研究 .. (8)3数列极限与函数极限的关系 (9)3.1海涅定理 .............................................................................. 9 3.2海涅定理的应用 .................................................................. 9 4 结论 . (10)1 数列极限与函数极限在解题中的相似之处数列极限与函数极限在解题过程中，存在着很多的相似之处。

函数极限与数列极限的关系数列极限设{x n}为实数数列，a为常数．若对任意给定的正数ɛ，总存在正整数N，使得当n>N时，有∣x n−a∣<ɛ，则称数列{x n}收敛于a，常数a称为数列{x n}的极限．并记作x n=a或x n→a(n→∞),limn→+∞读作“ 当n趋于无穷大时，{x n}的极限等于a”．若数列{x n}没有极限，则称{x n}不收敛，或称{x n}为发散数列．对于收敛数列有以下两个基本性质，即收敛数列的唯一性和有界性：定理1：如果数列{x n}收敛，则其极限是唯一的；定理2：如果数列{x n}收敛，则其一定是有界的，即对于一切n(n=1,2,⋯)，总可以找到一个正数M，使得∣x n∣⩽M．函数极限函数极限可以分成x→x0,x→+∞,x→−∞三种．x→x0:设函数f(x)在点x0的某一去心邻域，即(x0−δ,x0)∪(x0,x0+δ)(δ>0)内有定义，如果存在常数A，对于任意给定的正数ɛ（无论它多么小），总存在正数δ，使得当x满足不等式0<∣x−x0∣<δ时，对应的函数值f(x)都满足不等式∣f(x)−A∣<ɛ，那么常数A就叫做函数f(x)当x→x0时的极限，记作limf(x)=A.x→x0x→+∞:设f(x)为定义在[a,+∞)上的函数，A为常数．若对于任意给定的正数ɛ，存在正数M，使得当x>M时，有∣f(x)−A∣<ɛ，则称函数f(x)当x趋于正无穷时以A为极限，记作f(x)=A或f(x)→A(x→+∞),limx→+∞x→−∞与此类似．例题1. 设无穷等比数列 {a n } 的公比为 q ，若 a 1=lim n→∞(a 3+a 4+⋯+a n )，则 q = ．【答案】 √5−12【分析】 易知 ∣q ∣<1，且 a 1=lim n→∞(a 1+a 2+a 3+a 4+⋯+a n −a 1−a 2)，所以 a 1=a 11−q−a 1−a 1q ，即 q 2+q −1=0．2. lim√n 2+5n−n= ．【答案】 253. 如图，抛物线 y =−x 2+1 与 x 轴的正半轴交于点 A ，将线段 OA 的 n 等分点从左至右依次记为 P 1,P 2,⋯,P n−1，过这些分点分别作 x 轴的垂线，与抛物线的交点依次为 Q 1,Q 2,⋯,Q n−1，从而得到 n −1 个直角三角形 △Q 1OP 1,△Q 2P 1P 2,⋯,△Q n−1P n−2P n−1，当 n →∞ 时，这些三角形的面积之和的极限为 ．【答案】 13【分析】 S =lim n→∞[12(1n −1n 3)+12(1n −4n 3)+⋯+12(1n −(n−1)2n 3)]=lim n→∞[n−12n −12+22+⋯+(n−1)22n 3]=13.4. 计算： limn→∞3n 2+4n−2(2n+1)2= ．【答案】 345. limn→∞(1−3nn+3)=．【答案】−26. limn→∞(1+a)n+1n+a=2，则常数a=．【答案】17. limx→2(4x2−4−1x−2)=．【答案】−148. limn→∞C n2+2C n n−2n+1=．【答案】329. limn→∞1+3+⋯+(2n−1)2n2−n+1=．【答案】1210. limx→1x−1x2+3x−4=．【答案】1511. 有一列正方体，棱长组成以1为首项，12为公比的等比数列，体积分别记为V1,V2,⋯,V n,⋯，则limn→∞(V1+V2+⋯+V n)=．【答案】8712. 若函数f(x)={3x+2x2−4−ax−2(x>2),b(x⩽2)在x=2处连续，则a=，b=．【答案】2；1413. limn→∞2n+3n2n−3n= ．【答案】 −114. 设函数 f (x )=1x+1，点 A 0 表示坐标原点，点 A n (n,f (n ))(n ∈N ∗)，若向量 a n ⃗⃗⃗⃗ =A 0A 1⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +A 1A 2⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +⋯+A n−1A n ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ，θn 是 a n ⃗⃗⃗⃗ 与 i 的夹角，（其中 i =(1,0)），设 S n =tanθ1+tanθ2+⋯+tanθn ，则 lim n→∞S n = ．【答案】 1【分析】 a n ⃗⃗⃗⃗ =A 0A n ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(n,1n+1)．由题意，得 θn 是 a n ⃗⃗⃗⃗ 与 x 轴正方向 的夹角，从而 tanθn =1n (n+1)．运用裂项相消法，得 S n =1−1n+1．15. 设等差数列 {a n } 的前 n 项和为 S n ，若 a 6=S 3=12，则 limn→+∞S nn 2=【答案】 1【分析】 {a 6=12S 3=12 故 {a 1=2d =2，所以 a n =2n ，lim n→+∞S n n 2=lim n→+∞n (n+1)n 2=lim n→+∞n+1n =1．16. lim x→0(1x 2−x −2x 2−2x )= ．【答案】 −1217. 计算 limn→+∞n+21+2+⋯+n= ．【答案】 018. (1)若 lim √n(√n+a−√n)=1 ，则常数 a = ．(2) √x−√π= ．【答案】 2 ； −2√π19. 已知无穷等比数列 {a n } 的各项和为 4 ，则首项 a 1 的取值范围是 ．【答案】 (0,4)∪(4,8)20. 已知函数 f (x )={x 2+2x−3x−1,x >1,ax +1,x ⩽1,在 x =1 处连续，则实数 a 的值为 ．【答案】 321. 设函数 f (x )={2x +1(x >0),a(x =0),bx (√1+x −1)(x <0) 在 x =0 处连续，求 a,b 的值．【解】lim x→0−f (x )=lim x→0−bx⋅(√1+x −1)=lim x→0√1+x √1+x x(√1+x +1)=lim x→0b (1+x −1)x(√1+x +1)=lim x→0√1+x +1=b2,而 lim x→0+f (x )=lim x→0+(2x +1)=2⋅0+1=1，所以 {b2=a 1=a⇒{a =1,b =2.22. 已知 lim x→−2x 2+mx+2x+2=n ，求 m,n 的值．【解】 解法一：∵ limx→−2x 2+mx+2x+2=n ，∴ x =−2 为方程 x 2+mx +2=0 的根． ∴ m =3． 又 limx→−2x 2+3x+2x+2=lim x→−2(x +1)=−1，∴ n =−1．∴ m =3,n =−1．解法二：∵lim x→−2(x 2+mx +2)=lim x→−2[(x +2)⋅x 2+mx +2x +2]=lim x→−2(x +2)⋅lim x→−2x 2+mx +2=0⋅n =0,∴ (−2)2+(−2)m +2=0,m =3． 同上可得 n =−1．23. 在数列 {a n } 中，若 a 1，a 2 是正整数，且 a n =∣a n−1−a n−2∣，n =3,4,5,⋯ 则称 {a n } 为“绝对差数列”．(1)举出一个前五项不为零的"绝对差数列"（只要求写出前十项）；【解】 a 1=3，a 2=1，a 3=2，a 4=1，a 5=1，a 6=0，a 7=1，a 8=1，a 9=0，a 10=1．（答案不唯一）(2)若“绝对差数列” {a n } 中，a 1=3，a 2=0，试求出通项 a n ；【解】 因为在绝对差数列 {a n } 中，a 1=3，a 2=0，所以该数列是 a 1=3，a 2=0，a 3=3，a 4=3，a 5=0，a 6=3，a 7=3，a 8=0，⋯． 即自第 1 项开始，每三个相邻的项周期地取值 3，0，3，所以 {a 3n+1=3,a 3n+2=0,a 3n+3=3,(n =0,1,2,3,⋯).(3)证明：任何“绝对差数列”中总含有无穷多个为零的项．【解】 根据定义，数列 {a n } 必在有限项后出现零项，证明如下：假设 {a n } 中没有零项，由于 a n =∣a n−1−a n−2∣，所以对于任意的 n ，都有 a n ⩾1，从而 当 a n−1>a n−2 时，a n =a n−1−a n−2⩽a n−1−1(n ⩾3)； 当 a n−1<a n−2 时，a n =a n−2−a n−1⩽a n−2−1(n ⩾3)； 即 a n 的值要么比 a n−1 至少小 1，要么比 a n−2 至少小 1．令 c n ={a 2n−1(a 2n−1>a 2n ),a 2n (a 2n−1<a 2n ),(n =1,2,3,⋯)． 则 0<c n ⩽c n−1−1(n =2,3,4,⋯)．由于 c 1 是确定的正整数，这样减少下去，必然存在某项 c n <0， 这与 c n >0(n =1,2,3,⋯) 矛盾，从而 {a n } 必有零项．若第一次出现的零项为第 n 项，记 a n−1=A (A ≠0)，则自第 n 项开始，每三个相邻的项周期地取值 0，A ，A ，即{a n+3k =0,a n+3k+1=A,a n+3k+2=A,(k =0,1,2,3,⋯).所以绝对差数列 {a n } 中有无穷多个为零的项．24. 已知数列 {a n } 的通项公式为 a n =8(n+1)(n+3)，求 ∑(n +1)(a n −a n+1)∞n=1 的值．【解】 因为 (n +1)(a n −a n+1)=8(n +1)[1(n +1)(n +3)−1(n +2)(n +4)]=8⋅[1(n +2)(n +4)+1(n +3)(n +4)]=4⋅(1n +2−1n +4)+8(1n +3−1n +4),所以 ∑(n +1)(a n −a n+1)∞n=1=4∑(1n +2−1n +4)∞n=1+8∑(1n +3−1n +4)∞n=1=4⋅(13+14)+8⋅14=133.25. 已知数列 {a n } 中，a n =(2n )2(2n−1)(2n+1), S n 为其前 n 项的和，求 lim n→∞S nn的值．【解】∵a n=(2n )2(2n−1)(2n+1)=(2n )2−1+1(2n−1)(2n+1)=1+(12n−1−12n+1)×12,∴1n S n =1n [1+12(1−13)+1+12(13−15)+⋯+1+12(12n−1−12n+1)]=1n [n +12(1−13+13−15+⋯+12n−1−12n+1)]=1n [n +12(1−12n+1)]=2n+22n+1.∴ lim n→∞S nn =limn→∞2n+12n+1=1.26. 已知数列 {a n }，其中 a 1=1，a 2=3，2a n =a n+1+a n−1 (n ⩾2)．记数列 {a n } 的前 n 项和为 S n ，数列 {lnS n } 的前 n 项和为 U n ． (1)求 U n ；【解】 由题意，得 {a n } 是首项为 1 、公差为 2 的等差数列，则其前 n 项和S n =n ×1+n (n −1)2×2=n 2,从而lnS n =lnn 2=2lnn,因此U n =2(ln1+ln2+⋯+lnn )=2ln (n!). (2)设 x >0，F n (x )=e U n2n (n!)2x 2n ，T n (x )=∑F k ʹn i=1(x )（其中 F k ʹ(x ) 为 F k (x ) 的导函数），计算 limn→∞T n (x )T n+1(x )．【解】 由（1），得F n (x )=e U n 2n (n!)2⋅x 2n =(n!)22n (n!)2⋅x 2n=x 2n2n,则F nʹ(x)=x2n−1.从而T n(x)=∑F kʹ(x)=nk=1∑x2k−1=nk=1{x(1−x2n)1−x2,0<x<1,n,x=1,x(1−x2n)1−x2,x>1.因此lim n→∞T n(x)T n+1(x)={limn→∞1−x2n1−x2n+2=1,0<x<1,limn→∞nn+1=1,x=1,limn→∞(1x2n)−1(1x2n)−x2=1x2,x>1.27. 已知等差数列{a n}的前三项为a，4，3a，前n项和为S n，且S k=2550． (1)求a及k的值；【解】∵a+3a=2×4,∴a=2.∴数列{a n}是首项为2，公差为2的等差数列．∵2k+k(k−1)2×2=2550,∴k=50,即a、k的值分别为2、50．(2)求limn→+∞(1S1+1S2+⋯+1S n)的值．【解】∵S n=2n+n(n−1)2×2=n2+n,∴1S n =1n2+n=1n(n+1)=1n−1n+1.∴1S1+1S2+⋯+1S n=1−12+12−13+⋯+1n−1n+1 =1−1n+1.∴limn→+∞(1S1+1S2+⋯+1S n)=limn→+∞(1−1n+1)=1.28. 已知数列{a n}的前n项和S n=3n−1，数列{b n}满足b1=1，b n=3b n−1+a n(n⩾2)，记数列{b n}的前n项和为T n．(1)证明：{a n}为等比数列；【解】因为数列{a n}的前n项和S n=3n−1，所以a n=S n−S n−1=(3n−1)−(3n−1−1)=2⋅3n−1(n⩾2)．因为n=1时，a1=S1=2，也适合上式，所以a n=2⋅3n−1(n∈N∗)．因为a n+1a n =2⋅3n2⋅3n−1=3，所以数列{a n}是首项为2，公比为3的等比数列． (2)求T n；【解】当n⩾2时，b n=3b n−1+2⋅3n−1，将其变形为b n3n−1=b n−13n−2+2，即b n3n−1−b n−13n−2=2．所以数列{b n3n−1}是首项为b130=1，公差为2的等差数列．所以b n3n−1=1+2(n−1)=2n−1．所以b n=(2n−1)⋅3n−1(n∈N∗)．因为T n=1×30+3×31+5×32+⋯+(2n−1)⋅3n−1，所以3T n=1×31+3×32+5×33+⋯+(2n−1)⋅3n．两式相减得2T n=−1−2(31+32+⋯+3n−1)+(2n−1)⋅3n．整理得T n=(n−1)⋅3n+1(n∈N∗)．(3)设P n=S n+T n，若对于任意n∈N∗，都有(−1)n−1λ<1+(−1)n⋅P nP n+1成立，求实数λ的取值范围．【解】由P n=S n+T n=n⋅3n，得P nP n+1=n⋅3n(n+1)⋅3n+1=n3n+3．于是(−1)n−1λ<1+(−1)n⋅P nP n+1化为(−1)n−1λ<1+(−1)n⋅n3n+3. ⋯⋯①（i）当n是正奇数时，①式可化为λ<23+13n+3，显然，13n+3大于0，且随着正奇数n的增大而减小．由于①式对任意正奇数n恒成立，所以λ⩽23．（ii）当n是正偶数时，①式可化为λ>−43+13n+3，显然，13n+3随着正偶数n的增大而减小．由于①式对任意正偶数n恒成立，所以λ>−43+13×2+3=−119．综上，实数λ的取值范围(−119,23 ]．29. 设函数f(x)=a1sinx+a2sin2x+⋯+a n sinnx，其中a1,a2,⋯,a n∈R,n∈N+，已知对一切x∈R，有∣f(x)∣⩽∣sinx∣和limx→0sinxx=1，求证：∣a1+2a2+⋯+na n∣⩽1．【解】由于f(x)=a1sinx+a2sin2x+⋯+a n sinnx,则fʹ(x)=a1cosx+2a2cos2x+⋯+na n cosnx,所以fʹ(0)=a1+2a2+⋯+na n.由于∣fʹ(0)∣=∣∣∣limΔx→0f (Δx )−f (0)Δx∣∣∣=lim Δx→0∣∣∣f (Δx )Δx ∣∣∣⩽limΔx→0∣sinΔx∣∣Δx∣=1,故有 ∣a 1+2a 2+⋯+na n ∣⩽1．30. 已知公比为 q (0<q <1) 的无穷等比数列 {a n } 各项的和为 9，无穷等比数列 {a n 2} 各项的和为 815．(1)求数列 {a n } 的首项 a 1 和公比 q ；【解】 依题意可知，{ a 11−q =9,a 122=81,⇒{a 1=3,q =23.(2)对给定的 k (k =1,2,3,⋯,n )，设 T (k ) 是首项为 a k ，公差为 2a k −1 的等差数列，求 T (2) 的前 10 项之和；【解】 由（1）知，a n =3×(23)n−1，所以数列 T (2) 的的首项为 t 1=a 2=2，公差 d =2a 2−1=3，S 10=10×2+12×10×9×3=155，即数列 T (2) 的前 10 项之和为 155．(3)设 b i 为数列 T (k ) 的第 i 项，S n =b 1+b 2+⋯+b n ，求 S n ，并求正整数 m (m >1)，使得limn→∞S nn m存在且不等于零．（注：无穷等比数列各项的和即当 n →∞ 时该无穷等比数列前 n 项和的极限）【解】 b i =a i +(i −1)(2a i −1)=(2i −1)a i −(i −1)所以 S n =b 1+b 2+⋯+b n =[a 1+3a 2+5a 3+⋯+(2n −1)a n ]−[1+2+⋯+(n −1)]令 S =a 1+3a 2+5a 3+⋯+(2n −1)a n 因为 S −qS =2(a 1+a 2+⋯+a n )−a 1−(2n −1)a n+1 所以S =2a 1(1−q n )(1−q )2−a 1+(2n −1)a n+11−q =45−(18n +45)(23)n故S n =S −n (n −1)2=45−(18n +45)(23)n −n (n −1)2当 m =2 时，lim n→∞S n n 2=lim n→∞[45n 2−18n +45n 2(23)n −12+12n ]=−12 当 m >2 时，lim n→∞S n n m =0，所以当 m =2 时，lim n→∞S nn 存在且不等于零．31. 已知在 x 轴上有一点列：P 1(x 1,0)，P 2(x 2,0)，P 3(x 3,0)，⋯，P n (x n ,0)，⋯，点 P n+2 分有向线段 P n P n+1⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 所成的比为 λ，其中 n ∈N ∗，λ 为常数，x 1=1，x 2=2． (1)设 a n =x n+1−x n ，求数列 {a n } 的通项公式；【解】 由题意得 x n+2=x n +λxn+11+λ，又 a n =x n+1−x n ， ∴a n a n−1=−11+λ，又 a 1=x 2−x 1=1，∴ 数列 {a n } 是首项为 1 、公比为 −11+λ 的等比数列， ∴ a n =(−11+λ)n−1．(2)设 f (λ)=lim n→+∞x n ，当 λ 变化时，求 f (λ) 的取值范围．【解】 因为x n =x 1+(x 2−x 1)+(x 3−x 2)+⋯+(x n −x n−1)=1+a 1+a 2+⋯+a n−1,λ>0．∴ ∣∣−11+λ∣∣<1，lim n→+∞x n =1+11+11+λ=2λ+3λ+2． ∴ 当 λ>0 时，f (λ)=2(λ+2)−1λ+2=2−1λ+2∈(32,2)．32. 已知函数 f (x )={0,(x ⩽0),n [x −(n −1)]+f (n −1),(n −1<x ⩽n,n ∈N ∗), 数列 {a n } 满足a n =f (n )(n ∈N ∗)．(1)求数列 {a n } 的通项公式；【解】 ∵ n ∈N ∗，所以f (n )=n [n −(n −1)]+f (n −1)=n +f (n −1),所以f (n )−f (n −1)=n,所以f (1)−f (0)=1,f (2)−f (1)=2,f (3)−f (2)=3,⋯⋯f (n )−f (n −1)=n.将这 n 个式子相加，得f (n )−f (0)=1+2+3+⋯+n=n (n +1).∵ f (0)=0， ∴ f (n )=n (n+1)2，所以a n =n (n +1)2(n ∈N ∗). (2)设 x 轴，直线 x =a 与函数 y =f (x ) 的图象所围成的封闭图形的面积为 S (a )(a ⩾0)，求 S (n )−S (n −1)(n ∈N ∗)；【解】 S (n )−S (n −1) 为一直角梯形（n =1 时为直角三角形）的面积，该梯形的两底边的长分别为 f (n −1)，f (n )，高为 1，所以S (n )−S (n −1)=f (n −1)+f (n )2×1=a n−1+a n 2=12[n (n −1)2+n (n +1)2]=n 22.(3)在集合 M ={N ∣N =2k,k ∈Z 且 1000⩽k <1500} 中，是否存在正整数 N ，使得不等式 a n −1005>S (n )−S (n −1) 对一切 n >N 恒成立？若存在，则这样的正整数 N 共有多少个？并求出满足条件的最小的正整数 N ；若不存在，请说明理由．【解】 设满足条件的正整数 N 存在，则n (n +1)2−1005>n 22⇔n2>1005⇔n >2010. 又 M ={2000,2002,⋯,2008,2010,2012,⋯,2998}，∴ N =2010,2012,⋯,2998 均满足条件．它们构成首项为 2010，公差为 2 的等差数列． 设共有 m 个满足条件的正整数 N ，则2010+2(m −1)=2998,解得m =495,∴ M 中满足条件的正整数 N 存在，共有 495 个，所以N min =2010.(4)请构造一个与 {a n } 有关的数列 {b n }，使得 lim n→∞(b 1+b 2+⋯+b n ) 存在，并求出这个极限值．【解】 设 b n =1a n，即b n =2()=2(1−1),则b 1+b 2+⋯+b n=2[(1−12)+(12−13)+(13−14)+⋯+(1n −1n +1)]=2(1−1n +1).显然，其极限存在，并且lim n→∞(b 1+b 2+⋯+b n )=lim n→∞[2−1n +1]=2. 注：b n =c a n（c 为非零常数），b n =(12)2a n n+1,b n =q 2a nn+1(0<∣q ∣<1) 等都能使 lim n→∞(b 1+b 2+⋯+b n ) 存在．33. 已知 a >0 ，且 a ≠1 ，函数 f (x )=log a (1−a x ) ． (1)求函数 f (x ) 的定义域，并判断 f (x ) 的单调性；【解】 由题意知 1−a x >0 ，当 0<a <1 时， f (x ) 的定义域是(0,+∞);当 a >1 时， f (x ) 的定义域是(−∞,0).因为fʹ(x )=−a x lna 1−a x ⋅log a e =a xa x −1.由此，当 0<a <1 时， x ∈(0,+∞) ，因为 a x −1<0 ， a x >0 ，则fʹ(x )<0,所以 f (x )在 (0,+∞) 上是减函数．当 a >1 时， x ∈(−∞,0)，因为 a x −1<0 ， a x >0 ，则fʹ(x )<0,所以 f (x )在 (−∞,0) 上是减函数． (2)若 n ∈N ∗，求 lim n→∞a f (n )a n +a；【解】 因为 f (n )=log a (1−a n ),所以a f (n )=1−a n ,由函数定义域知 1−a n >0 ，因为 n 是正整数，则 0<a <1 ，所以lim n→∞a f (n )a n +a =lim n→∞1−a n a n +a =1a. (3)当 a =e （ e 为自然对数的底数）时，设 ℎ(x )=(1−e f (x ))(x 2−m +1) ，若函数 ℎ(x ) 的极值存在，求实数 m 的取值范围以及函数 ℎ(x ) 的极值．【解】 由 ℎ(x )=e x (x 2−m +1)(x <0) ，所以ℎʹ(x )=e x (x 2+2x −m +1).令 ℎʹ(x )=0 ，即x 2+2x −m +1=0,由题意应有 Δ⩾0 ，即m ⩾0.①当 m =0 时， ℎʹ(x )=0 有实根x =−1,在 x =−1 点左右两侧均有 ℎʹ(x )>0 ，故 ℎ(x ) 无极值． ②当 0<m <1 时， ℎʹ(x )=0 有两个实根x 1=−1−√m,x 2=−1+√m.当 x 变化时， ℎʹ(x ) 、 ℎ(x ) 的变化情况如下表所示：x (−∞,x 1)x 1(x 1,x 2)x 2(x 2,0)ℎʹ(x )+00+ℎ(x )↗极大值↘极小值↗所以 ℎ(x ) 的极大值为2e −1−√m (1+√m),ℎ(x ) 的极小值为2e −1+√m (1−√m).③当 m ⩾1 时, ℎʹ(x )=0 在定义域内有一个实根x =−1−√m.同上可得 ℎ(x ) 的极大值为2e −1−√m (1+√m).综上所述，当 0<m <1 时 ℎ(x ) 的极大值为 2e −1−√m (1+√m) ， ℎ(x ) 的极小值为 2e −1+√m (1−√m) ；当 m ⩾1 时， ℎ(x ) 的极大值为 2e −1−√m (1+√m) ．34. 已知 f 是直角坐标系平面 xOy 到自身的一个映射，点 P 在映射 f 下的象为点 Q ，记作 Q =f (P )．设 P 1(x 1,y 1)，P 2=f (P 1)，P 3=f (P 2)，⋯，P n =f (P n−1)，⋯ 如果存在一个圆，使所有的点 P n (x n ,y n )(n ∈N ∗) 都在这个圆内或圆上，那么称这个圆为点 P n (x n ,y n ) 的一个收敛圆．特别地，当 P 1=f (P 1) 时，则称点 P 1 为映射 f 下的不动点．若点 P (x,y ) 在映射 f 下的象为点 Q (−x +1,12y)． (1)求映射 f 下不动点的坐标；【解】 设不动点的坐标为 P 0(x 0,y 0)，由题意，得{x 0=−x 0+1,y 0=12y 0.解得x 0=12,y 0=0.所以此映射 f 下不动点为 P 0(12,0)．(2)若 P 1 的坐标为 (2,2)，求证：点 P n (x n ,y n )(n ∈N ∗) 存在一个半径为 2 的收敛圆．【解】 由 P n+1=f (P n )，得{x n+1=−x n +1,y n+1=12y n .所以x n+1−12=−(x n −12),y n+1=12y n . 因为 x 1=2，y 1=2，所以 x n −12≠0，y n ≠0，所以x n+1−12x n −12=−1,y n+1y n =12. 由等比数列定义，得数列 {x n −12}(n ∈N ∗) 是公比为 −1，首项为 x 1−12=32 的等比数列，所以x n −12=32×(−1)n−1, 则x n =12+(−1)n−1×32. 同理，y n =2×(12)n−1．所以 P n (12+(−1)n−1×32,2×(12)n−1)．设 A (12,1)，则∣AP n ∣=√(32)2+[1−2×(12)n−1]2.因为 0<2×(12)n−1⩽2，所以 −1⩽1−2×(12)n−1<1，所以∣AP n ∣⩽√(32)2+1<2.故所有的点 P n (n ∈N ∗) 都在以 A (12,1) 为圆心，2 为半径的圆内，即点 P n (x n ,y n ) 存在一个半径为 2 的收敛圆．35. 设 f (x ) 是定义在 R 上的偶函数，其图象关于直线 x =1 对称，对任意 x 1,x 2∈[0,12]，都有f (x 1+x 2)=f (x 1)⋅f (x 2)，且 f (1)=a >0． (1)求 f (12),f (14)；【解】 因为对任意 x 1,x 2∈[0,12]，都有 f (x 1+x 2)=f (x 1)⋅f (x 2)， 所以 f (x )=f (x 2+x 2)=f (x 2)⋅f (x2)⩾0,x ∈[0,1]． ∵ f (1)=f (12+12)=f (12)⋅f (12)=[f (12)]2, f (12)=f (14+14)=f (14)⋅f (14)=[f (14)]2, f (1)=a >0，∴ f (12)=a 12,f (14)=a 14． (2)证明 f (x ) 是周期函数；【解】 依题设 y =f (x ) 关于直线 x =1 对称，故 f (x )=f (1+1−x )，即f (x )=f (2−x ),x ∈R.又由 f (x ) 是偶函数知 f (−x )=f (x ),x ∈R ，∴ f (−x )=f (2−x ),x ∈R ．将上式中 −x 以 x 代换，得f (x )=f (x +2),x ∈R.这表明 f (x ) 是 R 上的周期函数，且 2 是它的一个周期． (3)记 a n =f (2n +12n)，求 lim n→∞(lna n )．【解】 由（1）知 f (x )⩾0,x ∈[0,1]，∵f (12)=f (n ⋅12n)=f [12n +(n −1)⋅12n ]=f (12n )⋅f [(n −1)⋅12n]=⋯=f (12n )⋅f (12n )⋅⋯⋅f (12n)=[f (1)]n ,f (12)=a 12，∴ f (12n )=a 12n．∵ f (x ) 的一个周期是 2 ∴ f (2n +12n )=f (12n )，因此 a n =a 12n． ∴lim n→∞(lna n )=lim n→∞(12n lna)=0．36. 已知点 P 1(a 1,b 1)，P 2(a 2,b 2)，…，P n (a n ,b n )（n 为正整数）都在函数 y =a x (a >0,a ≠1) 的图象上，其中 {a n } 是以 1 为首项，2 为公差的等差数列． (1)求数列 {a n } 的通项公式，并证明数列 {b n } 是等比数列；【解】 a n =2n −1，(n ∈N ∗)，b n =a a n =a 2n−1，∴ b n+1b n=a 2（定值），∴ 数列 {b n } 是等比数列．(2)设数列 {b n } 的前 n 项的和为 S n ，求 lim n→∞S nS n+1；【解】 ∵ {b n } 是等比数列，且公比 a 2≠1，∴ S n =a (1−a 2n )1−a 2，S nSn+1=1−a 2n1−a 2n+2．当 0<a <1 时，lim n→∞S nS n+1=1；当 a >1 时，lim n→∞S nS n+1=limn→∞1−a 2n 1−a 2n+2=limn→∞1a 2n −11a 2n −a 2=1a 2．因此，lim S nSn+1={1,0<a <11a2,a >1．(3)设 Q n (a n ,0)，当 a =23时，问 △OP n Q n 的面积是否存在最大值？若存在，求出最大值；若不存在，请说明理由；【解】 b n =(23)2n−1，S △=12⋅(2n −1)⋅(23)2n−1，设 c n =12⋅(2n −1)(23)2n−1，当 c n 最大时，则 {c n ⩾c n−1c n ⩾c n+1，解得 {n ⩽2.3n ⩾1.3，n ∈N ∗，∴ n =2 时，c n 取得最大值 49，因此 △OP n Q n的面积存在最大值为 49．37. 如图，已知 Rt △ABC 中，∠B =90∘，tanC =0.5，AB =1，在 △ABC 内有一系列正方形，求所有这些正方形面积之和．【解】 设正方形 BD 1C 1B 1 、 D 1D 2C 2B 2 、 … 的边长分别为 a 1,a 2,….， ∵AB =1，tanC =0.5，∴BC =2．由相似三角形的知识可得 a 12=1−a 11，∴a 1=23． 同理，可得 a 2=23a 1,…,a n =23a n−1.∴{a n } 是以 23为首项，以 23为公比的等比数列．设 {S n } 是第 n 个正方形的面积，则 S n 是以 49 为首项，49 为公比的等比数列．∴lim n→∞(S 1+S 2+⋯+S n )=limn→∞49[1−(49)n ]1−49=45lim n→∞[1−(49)n ]=45,即所有这些正方形面积之和为 45．38. 已知数列 {anλn −(3λ)n} 是等差数列，公差为 2，a 1=11，a n+1=λa n +b n ． (1)用 λ 表示 b n ；【解】 因为数列 {a nλn −(3λ)n} 是公差为 2 的等差数列，所以 a n+1λn+1−3n+1λn+1=a n λn −3nλn+2, 去分母，得a n+1=λ⋅a n +3n+1+2λn+1−λ⋅3n ,由 a n+1−λa n =b n ，得b n =2λn+1+3n (3−λ).(2)若limn→∞b n+1b n=4，且λ⩾3，求λ的值；【解】lim n→∞b n+1b n=limn→∞2λn+2+3n+1(3−λ)2λn+1+3n(3−λ).当λ=3时，lim n→∞b n+1n=λ=3这与已知矛盾，所以λ≠3，当λ>3时，lim n→∞b n+1b n=limn→∞2λ+(3−λ)(3λ)n+12+3−λλ(3λ)n=λ=4,综上，λ=4．(3)在（2）的条件下，求数列{a n}的前n项和．【解】当λ=4，由已知，得a n 4n −3n4n=11−34+2(n−1)=2n,解得a n=2n⋅4n+3n.令A n=2×4+4×42+6×43+⋯+2n×4n,则4A n=2×42+4×43+6×44+⋯+2n×4n+1,两式相减，得−3A n=2×4+2×42+2×43+⋯+2×4n−2n⋅4n+1=8(1−4n)1−4−2n⋅4n+1=(2−6n)⋅4n+1−83,从而A n=(6n−2)⋅4n+1+89.而B n=3+32+33+⋯+3n=3n+12−32,因此，数列{a n}的前n项和S n=A n+B n=89+6n−29×4n+1+3n+12−32=−1118+3n+12+6n−29×4n+1.39. 讨论函数 f (x )={x,x >2,−(x −2)2,x <2 在 x =2 处的左极限、右极限以及在 x =2 处的极限．【解】 函数 f (x ) 的图象如图所示：当 x →2− 时，函数无限接近于 0, 即 lim x→2−f (x )=0. 当 x →2+时，函数无限接近于 2, 即 lim x→2+f (x )=2. 综上，可知 lim x→2−f (x )≠lim x→2+f (x )．∴ 函数 f (x ) 在 x =2 处极限不存在．40. 已知 a >0，数列 {a n } 满足 a 1=a ，a n+1=a +1a n，n =1,2,⋯．(1)已知数列 {a n } 极限存在且大于零，求 A =lim n→∞a n （将 A 用 a 表示）；【解】 由 lim n→∞a n 存在，且 A =lim n→∞a n (A >0), 对 a n+1=a +1a n两边取极限得A =a +1A,解得A =a ±√a 2+42,又 A >0，所以A =a +√a 2+4.(2)设 b n =a n −A ，n =1,2,⋯，证明：b n+1=−bn A (b n +A)；【解】 由 a n =b n +A ，a n+1=a +1a n，得b n+1+A =a +1n , 所以b n+1=a −A +1b n +A =−1A +1b n +A=−b nA (b n +A ).即 b n+1=−b nA(b n +A)对 n =1,2,⋯ 都成立．(3)若 ∣b n ∣⩽12n对 n =1,2,⋯ 都成立，求 a 的取值范围．【解】 令 ∣b 1∣⩽12，根据（1）（2）得∣∣∣a −12(a +√a 2+4)∣∣∣⩽12, 解得a ⩾32.现证明当 a ⩾32 时，∣b n ∣⩽12n 对 n =1,2,⋯ 都成立． （i ）当 n =1 时结论成立（已验证）．（ii ）假设当 n =k (k ⩾1) 时结论成立，即 ∣b k ∣⩽12k , 那么∣b k+1∣=∣b k ∣∣A (b k +A )∣⩽1A ∣b k +A ∣×12k ,则只须证明1A ∣b k +A ∣⩽12,即证 A ∣b k +A ∣⩾2 对 a ⩾32成立．由于A =a +√a 2+42=2√a 2+4−a,而当 a ⩾32 时，√a 2+4−a ⩽1,所以A ⩾2,从而∣b k +A ∣⩾A−∣b k ∣⩾2−12k⩾1, 即A ∣b k +A ∣⩾2. 故当 a ⩾32 时，∣b k+1∣⩽12×12k =12k+1, 即 n =k +1 时结论成立．根据（i ）和（ii ）可知结论对一切正整数都成立．故 ∣b n ∣⩽12n 对 n =1,2,⋯ 都成立的 a 的取值范围为 [32,+∞).课后练习1. 无限循环小数可以化为有理数，如 0.1=19，0.13=1399，0.015=5333，⋯，请你归纳出0.017= （表示成最简分数 mn，且 n ，m ∈N ∗）．2. 计算： lim n→∞n+203n+13= ．3. 已知 limx→2x 2+cx+2x−2=a ，则 c = ，a = ．4. 已知函数 f(x)={1−√1−xx (x <0)a +x 2(x ⩾0) 是连续函数，则实数 a 的值是 ．5. 计算：lim n→∞n (n 2+1)6n 3+1= ．6. 若 lim x→1f (x−1)x−1=1，则 lim x→1f (2−2x )x−1= ．7. lim x→−2x 2+3x+2x+2= ．8. limx→1x √x−xx−1= ．9. 计算： limn→∞3n+1−2n3n +2n−1= ．10. 若 (1+2x )7 展开式的第三项为 168 ，则 lim n→∞(1x +1x 2+⋯+1x n )= ．11. 已知函数 f (x )={2x+1,x >0,x +a,x ⩽0是连续函数，则实数 a 的值是 ．12. 等差数列 {a n } 的前 3 项的和为 21，前 6 项的和为 24，则其首项为 ，若数列 {a n } 的前 n 项的和为 S n ，则 limn→∞S nn 2= ．13. 已知 f (x ) 在定义域 R 上可导，导函数为 fʹ(x )，若 f (x 0)=m ，fʹ(x 0)=n ，则limℎ→0sin [f (x 0+ℎ)]−sin [f (x 0−ℎ)]ℎ= ．（用 m ，n 表示）．14. 已知定义在正实数集上的连续函数 f (x )={11−x +2x 2−1,0<x <1x +a,x ⩾1，则实数 a 的值为 ． 15. limx→2x 3−2x 2x−2= ．16. lim x→1x 2+x−2x 2+4x−5= ．17. \(\lim\limits \limits_{x \to 1} \left(\dfrac{1}{{x - 1}} - \dfrac{2}{{{x^2} - 1}}\right)=\) ．18. lim x→−2(44−x −12+x )= ．19. 等比数列 {b n }:1,2,4,⋯，其前 n 项和为 S n ,n =1,2,3,⋯，则 lim n→∞b nS n= ．20. 计算 limn→∞3n−24n+3= ．21. 已知数列 {a n } 的前 n 项和 S n =(n 2+n )⋅3n ． (1)求 limn→∞a n S n；(2)证明：a 11+a22+⋯+ann >3n．22. 函数 f (x ) 定义在 [0,1] 上，满足 f (x )=2f (x 2) 且 f (1)=1，在每个区间 (12i ,12i−1](i =1,2,⋯) 上，y =f (x ) 的图象都是平行于 x 轴的直线的一部分．(1)求 f (0) 及 f (12),f (14) 的值，并归纳出 f (12i )(i =1,2,⋯) 的表达式；(2)设直线 x =12i ,x =12i−1,x 轴及 y =f (x ) 的图象围成的矩形的面积为 a i (i =1,2,⋯)，求 a 1，a 2 及 lim n→∞(a 1+a 2+⋯+a n ) 的值． 23. 已知定义在 R 上的函数 f (x ) 和数列 {a n } 满足下列条件： a 1=a,a n =f (a n−1)(n =2,3,4,⋯),a 2≠a 1， f (a n )−f (a n−1)=k (a n −a n−1)(n =2,3,4,⋯), 其中 a 为常数，k 为非零常数．(1)令 b n =a n+1−a n (n ∈N ∗)，证明数列 {b n } 是等比数列； (2)求数列 {a n } 的通项公式； (3)当 ∣k ∣<1 时，求 lim n→∞a n24. 已知 u n =a n +a n−1b +a n−2b 2+⋯+ab n−1+b n (n ∈N ∗,a >0,b >0)． (1)当 a =b 时，求数列 {u n } 的前 n 项和 S n ； (2)求 lim n→∞u nu n−1．小测验姓名 成绩1. 若 lim √n(√n+a−√n)=1 ，则常数 a = ．2. limx→−1x 2+3x+2x 2−1的值等于 ．3. 设等差数列 {a n } 的公差 d 是 2 ，前 n 项的和为 S n ，则 lim n→∞a n2−n 2S n= ．4. limx→2x−2x 2−x−2的值等于 ．5. 极限 limx→0(x+1)10−(x+1)6x= ．6. 各项均为正数的等比数列 {a n } 的公比为 q ，前 n 项和为 S n ．若 q <1，则limn→∞a n+1S n= ，若 q >1，则 limn→∞a n+1S n= ．7. 设常数 a >0，(ax −1x )5展开式中 x 3 的系数为 −581，则 a = ，lim n→∞(a +a 2+⋯+a n )= ．8. 设 a n 是 (1+x )n (n =2,3,4,⋯) 展开式中 x 2 的系数，则 lim n→∞(1a 2+1a 3+1a 4+⋯+1a n)= ．9. lim x→1(xx−1+x−3x 2−1)= ．10. 设函数f (x )={√1+x−1x ,x ≠0,a,x =0在 x =0 处连续，则实数 a 的值为 ． 11. 若 lim x→−1x 2+3x+m x+1=n ，则 m = ，n = ． 12. limn→∞3n +(−2)n3n+1+(−2)n+1= ．13. 等比数列 1，12，14，18，⋯ 所有项的和为 ． 14. 若 lim n→∞(4+4a+⋯+4a n−11−a)=9，则实数 a = ．15. 已知函数 f (x )={x 3−1x−1,x ≠1a,x =1，若 f (x ) 在 R 上连续，则 a = ．此时 lim n→∞(an−1n+2a3n )= ．16. 已知点 O (0,0)，Q 0(0,1) 和点 R 0(3,1)，记 Q 0R 0 的中点为 P 1，取 Q 0P 1 和 P 1R 0 中的一条，记其端点为 Q 1，R 1，使之满足 (∣OQ 1∣−2)(∣OR 1∣−2)<0，记 Q 1R 1 的中点为 P 2，取 Q 1P 2和P2R1中的一条，记其端点为Q2，R2，使之满足(∣OQ2∣−2)(∣OR2∣−2)<0．依次下去，得到P1，P2，⋯，P n，⋯，则limn→∞∣Q0P n∣=．17. 在二项式(1+x)n(n>1,n∈N)的展开式中，含x2项的系数记为a n，则limn→∞(1a2+1a3+⋯+1a n)的值为．18. 若(1+5x)n的展开式中各项系数的和是a n，(7x2+5)n的二项式系数和为b n，则lim n→∞a n−2b n3a n+4b n=．19. 已知数列{a n}的前n项和S n=−n2+kn(k∈R,n∈N∗)，则limn→∞na nS n=．20. 已知点A(0,2n ),B(0,−2n),C(4+2n,0)，其中n为正整数．设S n表示△ABC外接圆的面积，则limn→∞S n=．。

数列极限与函数极限的关系数列极限和函数极限是微积分中非常重要的概念，它们都涉及到数值序列的趋势和趋近性。

数列极限是指数列中的数值随着序号的增长逐渐趋近于某个常数，而函数极限则是指随着自变量趋近于某个值时函数的取值趋近于某个特定的值。

首先，我们来看数列极限。

数列极限是指当数列的序号趋近无穷大时，数列的数值趋近于某个常数。

数列极限可以表示为lim(n→∞)an = a，其中an表示数列中的第n个数，a为极限值。

当数列满足数列收敛条件时，即存在这样一个常数a使得对于任意给定的正数ε，总能找到一个正整数N，使得当n>N时，有|an - a|<ε成立。

这意味着数列中的数值可以无限靠近极限值a，同时数列中的任意一项an与极限值a的差值都可以任意小。

函数极限是指当自变量趋近某个值时，函数的取值趋近于某个特定的值。

函数极限可以表示为lim(x→x0) f(x) = L，其中f(x)表示函数的取值，x0为自变量的极限值，L表示函数值的极限。

当函数满足函数收敛条件时，即存在一个数L，使得对于任意给定的正数ε，总能找到一个正数δ，当0<|x - x0|<δ时，有|f(x) - L|<ε成立。

这意味着函数的取值可以无限靠近极限值L，同时函数值与极限值L的差值都可以任意小。

数列极限和函数极限之间存在一定的关系。

在一些特定的情况下，可以通过数列极限来判断函数极限的存在或计算函数极限的值。

对于一些函数，可以通过将自变量x用数列的方式去逼近某个值来计算函数的极限值。

例如，若函数f(x)的极限值lim(x→x0)f(x)存在，那么对于任意数列an满足lim(n→∞)an = x0，可以得到li m(n→∞)f(an) = lim(x→x0)f(x)。

这意味着通过将自变量x用数列an代替并使其趋近于x0，可以得到函数极限的值。

这种方法被称为数列极限方法，常用于计算函数极限的值。

另外，对于数列极限也可以通过函数极限来进行计算。

函数极限与数列极限的关系
一、两者之间的联系
虽然数列极限与函数极限是分别独立定义的，但是两者是有联系的。

海涅定理深刻地揭示了变量变化的整体与部分、连续与离散之间的关系，从而给数列极限与函数极限之间架起了一座可以互相沟通的桥梁。

它指出函数极限可化为数列极限，反之亦然。

在极限论中海涅定理处于重要地位。

有了海涅定理之后，有关函数极限的定理都可借助已知相应的数列极限的定理予以证明。

二、两者之间的区别
1、从研究的对象看区别：数列极限是函数极限的一种特殊情况，数列是离散型函数。

而函数极限研究的对象主要是具有（哪怕局部具有）连续性的函数。

2、取值方面的区别：数列中的下标n仅取正整数，而对函数而言其自变量x取值为实数。

函数极限f(X)与X的取值有关，而数列极限Xn则只是n趋向于无穷是Xn的值。

3、从因变量趋近方式看区别：数列趋近于常数的方式有三种：左趋近，右趋近，跳跃趋近。

而函数没有跳跃趋近，函数极限的几种趋近形式：x趋于正无穷大；x 趋于负无穷大；x趋于无穷大；x 左趋近于x0；x右趋近于x0 ; x趋近于x0，并且是连续增大。

而函数极限只是n趋于正无穷大一种，而且是离散的增大。

扩展资料：
函数极限是高等数学最基本的概念之一，导数等概念都是在函数极限的定义上完成的。

函数极限可以分成x→∞,x→+∞,x→-∞,x→Xo，而运用ε-δ定义更多的见诸于已知极限值的证明题中。

问题的关键在于找到符合定义要求的，在这一过程中会用到一些不等式技巧，例如放缩法等。

常用的函数极限的性质有函数极限的唯一性、局部有界性、保序性以及函数极限的运算法则和复合函数的极限等等。

函数极限与数列极限的关系数列其实是一种特殊的函数，所以，在定义上，数列的极限和函数的极限极为相似，因而他们具有相类似的性质。

要想完美解答两者所涉及的问题，必须深刻理解两者的定义，不妨对比一下二者的定义，列举一下两者的性质以及两者的判别法则~这有助于加深记忆~ 数列可以看作是定义在正整数集上的函数，即看作是函数的特例，这样数列的极限也就可以归入函数的极限。

1、例如函数arctan(1/x)当x趋向于1时的极限是π/4，那么对于任何一个以1为极限的数列a(n)，当n趋向于∞时，arctan[1/a(n)]的极限一定都是π/4;但是反过来则不然，例如还是这个函数，数列{1/n}的极限为0，当n趋向于∞时，arctan[1/(1/n)]=arctan(n)极限是π/2，我们不能说当x趋向于0时，这个函数的极限是π/2，事实上数列{-1/n}的极限也是0，但当n趋向于∞时，arctan[1/(-1/n)]=arctan(-n)极限是-π/2，即函数arctan(1/x)当x趋向于0时，极限是不存在的。

2、数列可以看作是定义在正整数集上的函数，即看作是函数的特例，这样数列的极限也就可以归入函数的极限。

例如函数arctan(1/x)当x趋向于1时的极限是π/4，那么对于任何一个以1为极限的数列a(n)，当n趋向于∞时，arctan[1/a(n)]的极限一定都是π/4;但是反过来则不然，例如还是这个函数，数列{1/n}的极限为0，当n趋向于∞时，arctan[1/(1/n)]=arctan(n)极限是π/2，我们不能说当x趋向于0时，这个函数的极限是π/2，事实上数列{-1/n}的极限也是0，但当n趋向于∞时，arctan[1/(-1/n)]=arctan(-n)极限是-π/2，即函数arctan(1/x)当x趋向于0时，极限是不存在的。

函数极限与数列极限的关系
函数的极限可以是自变量从左右趋向于某一值时的函数值极限，或者自变量趋向于无穷时的极限。

但数列的极限不同。

可以将数列看做特殊的函数，定义域为全体正整数集合（N+），是一个在零到正无穷上不连续的函数，设数列的项为an=f(n)，因此，可以将数列的极限看做当自变量趋向于正无穷时的函数的极限，数列的极限也可以用函数的极限来运算得到。

lim n→∞an=lim n→∞f(n)
所以，用来计算函数极限的方法也可以用来计算数列的极限，如洛必达法则，等价无穷小的替换，间接计算等等。

a n=f(a n-1)形式计算方法：
设数列的极限为A .则lim n
→∞a n=A，此时A=f(A),带入计算求得极限。

数列极限的性质：1.若数列{an}的极限值存在，则极限值唯一
2.改变数列有限项，不改变数列的收敛与极限值
数列极限的本质：设数列的极限为a，当n>N时an∈（a-ε，a+ε），即|an-a|<ε.。

数列极限和函数极限极限概念是数学分析中最重要的概念，如连续、导数、积分等都要用极限来定义，而且由极限出发产生的极限方法，是数学分析的最基本的方法.更好的理解极限思想，掌握极限理论，应用极限方法是继续学习数学分析的关键.本文将主要阐述极限的概念、性质、判别方法等问题.1.极限定义1．1 数列极限定义设有数列{}n a 与常数A ，如果对于任意给定的正数ε（不论它有多么小），总存在正整数N ，使得当n N >时，不等式n a A ε-< 都成立，那么就称常数A 是数列{}n a 的极限，或者称数列{}n a 收敛于A ，记作lim n n a A →∞=.读作“当趋n 于无穷大时，n a 的极限等于A 或n a 趋于A ”.数列极限存在，称数列{}n a 为收敛数列，否则称为发散数列.关于数列极限的N ε-定义，着重注意以下几点：（1）ε的任意性: 定义中正数的ε作用在于衡量数列通项n a 与定数的a 接近程度越ε小，表示接近的越好.而正数可ε以任意的小,说明n a 与可a 以接近到任何程度，然而，尽管ε有其任意性，但一经给出，就暂时的被确定下来，以便依靠它来求出N .（2）N 的相应性: 一般说，N 随的ε变小而变大，由此常把N 写作()N ε，来强调N 是依赖与的ε，但这并不意味着N 是由ε所唯一决定的，重要的是N 的存在性，而不在于它值得大小.另外,定义中n N >的也可以改写成n N ≥.（3）几何意义:对于任何一个以A 为中心，ε为半径的开区间(),A A εε-+，总可以在数列{}n a 中找到某一项N a ，使得其后的所有项都位于这个开区间内，而在该区间之外，最多只有{}n a 的有限项（N 项）.数列是定义在自然数集上的函数,当自变量从小到大依次取自然数时,便得到相应的一系列函数值,其解析表达式为()n a f n =;我们把数列中的n 用x 来替换后就得到了一个函数()f x ,数列和函数的区别在于数列中的点是离散的,而函数是连续的,那么类似的我们也有函数极限的定义. 1．2 函数极限定义1.2.1 x →+∞时函数的极限：设函数()f x 为[),a +∞上的函数，A 为定数，若对任给的0ε>，总存在着正数()M a ≥，使得当x M >时有()f x A ε-<，则称函数()f x 当x 趋于+∞时以A 为极限，记作()lim x f x A →+∞=.即有()lim 0,0,,x f x A M x M ε→+∞=⇔∀>∃>∀>有()f x A ε-<.对应的,我们也有()()lim ,lim x x f x A f x A →∞→-∞==的相应的M ε语言成立.对于函数极限的M ε定义着重注意以下几点:（1）在定义中正数M 的作用与数列极限定义中的N 类似,表明x 充分大的程度；但这里所考虑的是比M 大的所有实数x ,而不仅仅是正整数n .（2）当x →+∞时,函数()f x 以A 为极限意味着: A 的任意小邻域内必含有()f x 在+∞的某邻域内的全部函数值.（3）几何意义是:对任给0ε>的,在坐标平面上,平行于x 轴的两条直线y A ε=+与y A ε=-,围成以直线y A =为中心线,宽2ε为的带形区域；定义中的“当x M >时,有()f x A ε-<”表示:在直线x M =的右方,曲线()y f x =全部落在这个带形区域之内.1.2.2 0x x →时函数的极限：设函数()f x 在点0x 的某一去心邻域()'0;Ux δ︒内有定义，A 为定数，如果对于任意给定的正数ε（无论它多么小），总存在正数()'δδ<，使得当00x x δ<-<时，有()f x A ε-<，则常数A 为函数()f x 在0x x →时的极限，记作()0lim x x f x A →=.即()000lim 0,0,:,x x f x A x x x x εδδδ→=⇔∀>∃>∀-<<+有()f x A ε-<.对应的,我们也有()()0lim ,lim x x x x f x A f x A +-→→==的相应的εδ语言成立.对于函数极限的εδ定义着重注意以下几点:（1）定义中的正数δ,相当于数列极限N ε定义中的N ,它依赖于ε,但也不是由ε所唯一确定的,一般来说, ε愈小, δ也相应地要小一些,而且把δ取得更小些也无妨. （2）定义中只要求函数在的某一空心邻域内有定义,而一般不考虑在点处的函数值是否有意义,这是因为,对于函数极限我们所研究的是当x 趋于0x 过程中函数值的变化趋势.（3）定义中的不等式00x x δ<-<等价于()0;x U x δ∈，而不等式()f x A ε-<等价于()();f x U A ε∈.于是，εδ定义又可写成：任给0ε>,存在0δ>,使得一切()0;x U x δ∈有()();f x U A ε∈.或更简单的表为:任给0ε>,存在0δ>,使得()()()0;;f Ux U A δε⊂.（4）几何意义是：将极限定义中的四段话用几何语言表述为对任给0ε>的,在坐标平面上画一条以直线y A =为中心线,宽2ε为的横带,则必存在以直线0x x =为中心线、宽为2δ的数带，使函数()y f x =的图像在该数带中的部分全部落在横带内，但点()()0,x f x 可能例外（或无意义）.2.极限性质2．1 数列极限的性质收敛数列有如下性质：（1）极限唯一性:若数列{}n a 收敛,则它只有一个极限. （2）若数列{}n a 收敛，则{}n a 为有界数列.（3）若数列{}n a 有极限，则其任一子列{}n a 也有极限.（4）保号性，即若()lim 00n n a a →∞=><，则对任何()()()''0,,0a a a a ∈∈,存在正整数1N ，n 1N 时,()''n n a a a a ><.（5）保不等式性:即若{}n a 与{}n b 均为收敛数列, 若存在正整数1N ，使得当n1N 时有n n a b ，则lim lim n n n n a b →∞→∞≤.（6）数列极限的基本公式（四则运算） 设lim ,lim n n n n x y →∞→∞存在,则()()()()lim lim lim lim lim lim lim lim lim 0lim lim lim n n n nn n n n n n nn n n nn n n n n nn n n n n n n n x y x y x y x y x x y y y x y x y →∞→∞→∞→∞→∞→∞→∞→∞→∞→∞→∞→∞±=±⋅=⋅=≠≤≤2．2函数极限性质（1）极限唯一性；若极限()0lim x x f x →存在，则此极限是唯一的.（2）局部有界性若()0lim x x f x →存在，则()f x 在0x 的某空心邻域()U x ︒内是有界的，当0x 趋于无穷大时，亦成立. （3）局部保号性若()()0lim 00x x f x A →=><，则对任何正数()r A A <<-,存在()0U x ︒使得对一切()0x U x ︒∈有()()()00f x r f x r >><<，当趋于无穷大时，亦成立.（4）保不等式性若()0lim x x f x A →=，()0lim x x g x B →=，且在某邻域()'0;Ux δ内有()()f x g x ≤，则()()0lim lim x x x x f x g x →→≤.（5）函数极限的基本公式（四则运算）设()()lim ,lim x ax af xg x →→存在,则()()()()()()()()()()()()()()()()lim lim lim lim lim lim lim lim lim 0lim x a x ax ax ax ax ax a x a x ax af xg x f x g x f x g x f x g x f x f x g x g x g x →→→→→→→→→→±=±⋅=⋅=≠通过以上对数列极限与函数极限的介绍,可以知道数列极限与函数极限的本质相同,性质一致.3.极限的判别法3.1 数列极限的判别法（1）单调有界定理：单调有界数列必有极限.证明:不妨设{}n a 为有上界的递增数列.由确界原理,数列{}n a 有上确界,记{}sup n a a =.下面证明a 就是{}n a 的极限.事实上,任给0ε>,按上确界的定义,存在数列{}n a 中某一项N a ,使得N a a ε-<.又由{}n a 的递增性，当n N >时有N n a a a ε-<≤。

数列极限函数极限介绍如下：
1.数列极限
1.定义：对于数列{an}，如果当n→∞时，an趋于某个常数a，则称数列{an}收敛于a。

2.性质：
1.唯一性：如果数列{an}收敛，则其极限值是唯一的。

2.有界性：如果数列{an}收敛，则它是有界的。

3.收敛数列的子序列也收敛到相同的极限。

2.函数极限
1.定义：对于函数f(x)在x→a的过程中，如果f(x)趋于某个常数L，则称函数f(x)在x→a时有极限L。

2.性质：
1.唯一性：与数列类似，函数极限也是唯一的。

2.有界性：如果函数f(x)在x→a时有极限，则存在一个正数δ使得当0<∣x−a∣<δ时，f(x)是有界的。

3.局部保号性：如果f(x)在x→a时有极限L，且L>0，则存在δ>0使得当0<∣x−a∣<δ时，f(x)>0。

3.关系
1.数列是离散的函数，而函数可以是离散的或连续的。

因此，数列极限和函数极限有一些共通之处，但也有其独特之处。