2026-06-30 数学笔记 Stolz 的应用 Stolz 的应用 例题 1 对于数列 x0=a,0<a<π2,xn=sinxn−1 (n=1,2,⋯) ,证明: limn→∞xn=0, limn→∞n3xn=1. 解答 因为 0<a<π2, x0=a ,递推可知 0<xn=sinxn−1<xn−1<π2 (n=1,2,⋯) {xn} 单调递减且有下界 0 , limn→∞xn 存在. 记 limn→∞xn=A ,知 A=sinA⇒A=0 , limn→∞xn=0. 要证 limn→∞n3xn=1 ,即证 limn→∞n1xn2=3 limn→∞n1xn2=Stolzlimn→∞n−(n−1)1xn2−1xn−12=limn→∞11sin2xn−1−1xn−12=limn→∞xn−12sin2xn−1xn−12−sin2xn−1=limx→0x2sin2xx2−sin2x=limx→0x4(x+sinx)(x−sinx)=limx→0x4(2x+o(x))(x36+o(x3))=limx→01(2+o(1))(16+o(1))=3. 得证 limn→∞n3xn=1. 例题 2 设 0<a1<1,an+1=an(1−an) (∀n∈N) ,证明: limn→∞nan=1. 解答 由 0<x1<1 及 x2=x1(1−x1) 知, 0<x2<1 ,用数学归纳法可证: ∀n∈N∗:0<xn<1 ,于是 0<xn+1xn=1−xn<1 (n=1,2,⋯) , 从而 {xn}↘0 ,不妨设 limn→∞xn=A ,递推关系式两边取极限,得 A=A(1−A) ,解得 A=0. 令 bn=1xn ,则 limn→∞bn=+∞ ,且数列 {bn} 是严格单调递增,故由 Stolz 定理 limn→∞nxn=limn→∞n1xn=limn→∞nbn=limn→∞1bn+1−bn=limn→∞(1−xn)=1. 例题 3 设 x1>0,xn+1=ln(1+xn) (n=1,2,⋯) ,求 limn→∞nxn. 解答 x2=ln(1+x1)>0 ,用数学归纳法可证 ∀n∈N∗:xn>0 ,又 x1>0,xn+1=ln(1+xn)<xn ,故数列 {xn}↘0 ,那么 limn→∞nxn=limn→∞n1xn=Stolzlimn→∞11xn−1xn−1=limn→∞11ln(1+xn−1)−1xn−1=limn→∞xn−1ln(1+xn−1)xn−1−ln(1+xn−1)=limn→∞xn−1212xn−12=2. 例题 4 序列 aij=i+ji2+j2 ,求极限 limn→∞1n∑i=1n∑j=1naij. 解答 由 Stolz ( ∗/∞ 型) 得 (以下的括号不为矩阵符号) (1+112+12+1+212+22+⋯+1+n12+n2+1+n+112+(n+1)2+2+122+12+2+222+22+⋯+2+n22+n2+2+n+122+(n+1)2⋮⋮⋮⋮⋮+n+1n2+12+n+2n2+22+⋯+n+nn2+n2+n+n+1n2+(n+1)2+n+1+1(n+1)2+12+n+1+2(n+1)2+22+⋯+n+1+n(n+1)2+n2+n+1+n+1(n+1)2+(n+1)2)−(1+112+12+1+212+22+⋯+1+n12+n2+2+122+12+2+222+22+⋯+2+n22+n2⋮⋮⋮⋮+n+1n2+12+n+2n2+22+⋯+n+nn2+n2)=2[∑k=1n(n+1)+k(n+1)2+k2]+1n+1. limn→∞1n∑i=1n∑j=1ni+ji2+j2=limn→∞(∑i=1n+1∑j=1n+1−∑i=1n∑j=1n)i+ji2+j2=limn→∞[2(∑k=1n(n+1)+k(n+1)2+k2)+1n+1]=limn→∞[2n+1(∑k=1n1+kn+11+(kn+1)2)+1n+1]=2∫011+x1+x2dx=π2+ln2. 前一篇 常见的曲线及其对应方程 后一篇 Hello World