一道证明极限存在的题

1.已知非负数列$\{a_n\}_{n=1}^{\infty}$满足对于$\forall n\in N$, $a_{n+1}-a_{n}\leq\frac{1}{n^2}$.    证明: $\lim\limits_{n\rightarrow+\infty} a_n$ 存在.

证明: 首先由$\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^2}<\infty$和数列$\{a_n\}_{n=1}^{\infty}$非负, 可知$\{a_n\}_{n=1}^{\infty}$有界.  (既有上界也有下界).

其次$\forall n\geq2, a_{n+1}-a_{n}\leq \frac{1}{n^2}<\frac{1}{n-1}-\frac{1}{n}$ ,即$a_{n+1}+\frac{1}{n}<a_{n}+\frac{1}{n-1}$ .

因此新数列$\{a_{n}+\frac{1}{n-1}\}_{n=2}^{\infty}$单调递减,且有界!

因此$\lim\limits_{n\rightarrow+\infty} (a_n+\frac{1}{n-1})$存在,故$\lim\limits_{n\rightarrow+\infty} a_n$ 存在.                Q.E.D.

注解:(1)也可以考虑用反证法,即如果至少有两个聚点则矛盾!或者用上下极限的方法也可以做.

(2)如果已知非负数列$\{a_n\}_{n=1}^{\infty}$满足对于$\forall n\in N$, $a_{n+1}-a_{n}\leq\frac{1}{n}$.

问$\lim\limits_{n\rightarrow+\infty} a_n$ 是否一定存在?答案是否定的!可以构造反例!

时间: 2025-01-12 10:15:51

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