2016年考研数学二第12题是一道典型的数列极限问题。题目内容如下:
已知数列$\{a_n\}$满足:$a_1=1$,$a_{n+1}=\frac{a_n^2+1}{a_n+1}$,求$\lim_{n\to\infty}a_n$。
解题过程如下:
首先,我们可以观察到数列$\{a_n\}$的递推关系式为:$a_{n+1}=\frac{a_n^2+1}{a_n+1}$。
接下来,我们尝试对递推关系式进行变形,以便求出极限。由于分子和分母都含有$a_n$,我们可以考虑将其同时除以$a_n$,得到:
$$\frac{a_{n+1}}{a_n}=\frac{a_n^2+1}{a_n(a_n+1)}=\frac{a_n^2+1}{a_n^2+a_n}=\frac{1+\frac{1}{a_n^2}}{1+\frac{1}{a_n}}$$
现在,我们注意到$\lim_{n\to\infty}\frac{1}{a_n}=0$,因此当$n$趋向于无穷大时,$\frac{1}{a_n}$可以忽略不计。所以,我们有:
$$\lim_{n\to\infty}\frac{a_{n+1}}{a_n}=\lim_{n\to\infty}\frac{1+\frac{1}{a_n^2}}{1+\frac{1}{a_n}}=1$$
由于$\lim_{n\to\infty}\frac{a_{n+1}}{a_n}=1$,我们可以得出结论:$\lim_{n\to\infty}a_n$存在,且$\lim_{n\to\infty}a_n=\lim_{n\to\infty}a_{n+1}$。
接下来,我们要求出$\lim_{n\to\infty}a_n$的值。由于$a_{n+1}=\frac{a_n^2+1}{a_n+1}$,我们可以将$\lim_{n\to\infty}a_n$代入上式,得到:
$$\lim_{n\to\infty}a_n=\lim_{n\to\infty}\frac{a_n^2+1}{a_n+1}=\frac{\lim_{n\to\infty}a_n^2+1}{\lim_{n\to\infty}a_n+1}$$
由于$\lim_{n\to\infty}a_n=\lim_{n\to\infty}a_{n+1}$,我们可以将$\lim_{n\to\infty}a_n$代入上式,得到:
$$\lim_{n\to\infty}a_n=\frac{\lim_{n\to\infty}a_n^2+1}{\lim_{n\to\infty}a_n+1}$$
将$\lim_{n\to\infty}a_n$记为$L$,上式可以简化为:
$$L=\frac{L^2+1}{L+1}$$
将上式进行变形,得到:
$$L^2+L=L^2+1$$
$$L=1$$
因此,$\lim_{n\to\infty}a_n=1$。
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