Bài 1. Giới hạn của dãy số

CHƯƠNG III. GIỚI HẠN. HÀM SỐ LIÊN TỤC

1. Giới hạn hữu hạn của dãy số

Giới hạn 0 của dãy số

Ta nói dãy số (un) có giới hạn 0 khi n dần tới dương vô cực, nếu |un| nhỏ hơn một số dương bé tùy ý cho trước, kể từ một số hạng nào đó trở đi, kí hiệu ${\color{Blue}\underset{n\rightarrow+\infty}{lim}u_n=0}$ hay un → 0 khi n → +∞. Ta còn viết là lim un = 0.

lim $\frac{1}{n^k}$ = 0, với k nguyên dương bất kì.

lim qn = 0, với q là số thực thỏa mãn |q| < 1.

Giới hạn hữu hạn của dãy số

Ta nói dãy số (un) có giới hạn hữu hạn là số a (hay un dần tới a) khi n dần tới dương vô cực, nếu lim (un - a) = 0. Khi đó ta viết ${\color{Blue}\underset{n\rightarrow+\infty}{lim}u_n=a}$ hay lim un = a hay un → a khi n → +∞.

Chú ý: Nếu un = c (c là hằng số) thì lim un = lim c = c.

Ví dụ

1) Tìm các giới hạn sau:

a) lim$\frac{1}{n^2}$;

b) lim$\left(-\frac{3}{4}\right)^n$;

c) lim$\left(2+\left(\frac{2}{3}\right)^n\right)$.

Giải

a) Áp dụng giới hạn cơ bản lim$\frac{1}{n^k}$ = 0 (với k ∈ ℕ*) cho k = 2 ta có lim$\frac{1}{n^2}$ = 0.

b) Áp dụng giới hạn cơ bản lim qn = 0 (với |q| < 1) cho q = $-\frac{3}{4}$, ta có  |q| = $\left|-\frac{3}{4}\right|<1$ nên lim$\left(-\frac{3}{4}\right)^n$ = 0.

c) Đặt un = 2 + $\left(\frac{2}{3}\right)^n$ ⇔ un - 2 = $\left(\frac{2}{3}\right)^n$.

lim (un - 2) = lim$\left(\frac{2}{3}\right)^n$ = 0 (vì $\left|\frac{2}{3}\right|<1$).

Vậy lim un = lim$\left(2+\left(\frac{2}{3}\right)^n\right)$ = 2.

2. Các phép toán về giới hạn hữu hạn của dãy số

Cho lim un = a, lim vn = b và c là hằng số. Khi đó:

• lim (un + vn) = a + b

• lim (un - vn) = a - b

• lim (c . un) = c . a

• lim (un . vn) = a . b

• lim$\frac{u_n}{v_n}=\frac{a}{b}$ (b ≠ 0)

• Nếu un ≥ 0, ∀n ∈ ℕ* thì a ≥ 0 và lim$\sqrt{u_n}=\sqrt{a}$

Ví dụ

Tìm các giới hạn sau:

a) lim$\frac{2n^2+3n}{n^2+1}$;

b) lim$\frac{\sqrt{4n^2+3}}{n}$.

Giải

a) $lim\frac{2n^2+3n}{n^2+1}=lim\frac{2+3.\frac{1}{n}}{1+\frac{1}{n^2}}=\frac{lim\left(2+3.\frac{1}{n}\right)}{lim\left(1+\frac{1}{n^2}\right)}=\frac{lim2+3lim\frac{1}{n}}{lim1+lim\frac{1}{n^2}}=\frac{2+3.0}{1+0}=2$.

b) $lim\frac{\sqrt{4n^2+3}}{n}=lim\sqrt{4+3.\frac{1}{n^2}}=\sqrt{lim\left(4+3.\frac{1}{n^2}\right)}=\sqrt{lim4+3.lim\frac{1}{n^2}}=\sqrt{4+3.0}=2$.

3. Tổng của cấp số nhân lùi vô hạn

Cấp số nhân vô hạn (un) có công bội q thỏa mãn |q| < 1 được gọi là cấp số nhân lùi vô hạn.

Cấp số nhân lùi vô hạn này có tổng là

S = u1 + u2 +…+ un +…  = $\frac{u_1}{1-q}$.

Ví dụ

Tính tổng của cấp số nhân lùi vô hạn:

$1+\frac{1}{3}+\left(\frac{1}{3}\right)^2+…+\left(\frac{1}{3}\right)^n+…$

Giải

Tổng của cấp số nhân lùi vô hạn có số hạng đầu u1 = 1 và công bội q = $\frac{1}{3}$ là:

$\frac{1}{1-\frac{1}{3}}=\frac{3}{2}$

4. Giới hạn vô cực

• Ta nói dãy số (un) có giới hạn là +∞ khi n → +∞ nếu un lớn hơn một số dương bất kì, kể từ một số hạng nào đó trở đi, kí hiệu lim un = +∞ hay un → +∞ khi n → +∞.

• Ta nói dãy số (un) có giới hạn là -∞ khi n → +∞ nếu lim (-un) = +∞, kí hiệu lim un = -∞ hay un → -∞ khi n → +∞.

Chú ý:

a) lim un = +∞ ⇔ lim (-un) = -∞;

b) Nếu  lim un = +∞ hoặc lim un = -∞ thì lim$\frac{1}{u_n}$ = 0;

c) Nếu  lim un = 0 và un > 0 với mọi n thì lim$\frac{1}{u_n}$ = +∞.

Nhận xét:

a) lim nk = +∞ (k ∈ ℕ*);

b) lim qn = +∞ (q > 1).


Xem thêm các bài học khác :

CHƯƠNG III. GIỚI HẠN. HÀM SỐ LIÊN TỤC

Bài 1. Giới hạn của dãy số
Bài 2. Giới hạn của hàm số
Bài 3. Hàm số liên tục