Последовательность задана рекуррентным способом y1 3 yn 1 2yn 5

Числовые последовательности и способы их задания

Числовые последовательности и способы их задания.

Определение 1. Функцию y = f ( x ), xN называют функцией натурального аргумента или числовой последовательностью и обозначают: y = f ( n ) или y ₁ , y ₂ , y ₃ , . y _n , . или ( y _n ).

В данном случае независимая переменная – натуральное число.

Способы задания числовой последовательности.

Правила задания последовательности описываются словами, без указания формул или когда закономерности между элементами последовательности нет.

Пример 1. Последовательность простых чисел: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, . .

Пример 2. Произвольный набор чисел: 1, 4, 12, 25, 26, 33, 39, . .

Пример 3. Последовательность чётных чисел 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, . .

Любой n -й элемент последовательности можно определить с помощью формулы.

Пример 1. Последовательность чётных чисел: y = 2 n .

Пример 2. Последовательность квадрата натуральных чисел: y = n 2 ;

1, 4, 9, 16, 25, . n 2 , . .

Пример 3. Стационарная последовательность: y = C ;

Частный случай: y = 5; 5, 5, 5, . 5, . .

Пример 4 . Последовательность y = 2 n ;

2, 2 2 , 2 3 , 2 4 , . 2 n , . .

Указывается правило, позволяющее вычислить n -й элемент последовательности, если известны её предыдущие элементы.

Пример 1 . Арифметическая прогрессия: a ₁ = a , a _{n +1} = a _n + d , где a и d – заданные числа, d — разность арифметической прогрессии. Пусть a ₁ =5, d =0,7, тогда арифметическая прогрессия будет иметь вид: 5; 5,7; 6,4; 7,1; 7,8; 8,5; . .

Пример 2. Геометрическая прогрессия: b ₁ = b , b _{n +1} = b _n q , где b и q – заданные числа, b 0, q 0; q – знаменатель геометрической прогрессии. Пусть b ₁ =23, q =½, тогда геометрическая прогрессия будет иметь вид: 23; 11,5; 5,75; 2,875; . .

Пример 3. Последовательность Фибоначчи. Эта последовательность легко задаётся рекуррентно: y ₁ =1, y ₂ =1, y _{n -2} + y _{n -1} , если n =3, 4, 5, 6, . . Она будет иметь вид:

1, 1,2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, . .

Аналитически последовательность Фибоначчи задать трудно, но возможно. Формула, по которой определяется любой элемент этой последовательности, выглядит так:

3.2. Закрепление нового материала. Решение задач.

Для закрепления знаний выбираются примеры в зависимости от уровня подготовки учащихся.

Пример 1. Составить возможную формулу n -го элемента последовательности ( y _n ):

а) Это последовательность нечётных чисел. Аналитически эту последовательность можно задать формулой y = 2 n +1.

б) Это числовая последовательность, у которой последующий элемент больше предыдущего на 4. Аналитически эту последовательность можно задать формулой y = 4 n .

Пример 2 . Выписать первые десять элементов последовательности, заданной рекуррентно: y ₁ =1, y ₂ =2, y _n = y _{n -2} + y _{n -1} , если n = 3, 4, 5, 6, . .

Каждый последующий элемент этой последовательности равен сумме двух предыдущих элементов.

Пример 3. Последовательность ( y _n ) задана рекуррентно: y ₁ =1, y ₂ =2, y _n = 5 y _{n -1} — 6 y _{n -2} . Задать эту последовательность аналитически.

Найдём несколько первых элементов последовательности.

Получаем последовательность: 1; 2; 4; 8; 16; 32; 64; . которую можно представить в виде

2 0 ; 2 1 ; 2 2 ; 2 3 ; 2 4 ; 2 5 ; 2 6 . .

n = 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7. .

Анализируя последовательность, получаем следующую закономерность: y = 2 n -1 .

Пример 4. Дана последовательность y _n =24 n +36-5 n 2 .

а) Сколько в ней положительных членов?

б) Найти наибольший элемент последовательности.

в) Есть в данной последовательности наименьший элемент?

Данная числовая последовательность – это функция вида y = -5 x 2 +24 x +36, где x

а) Найдём значения функции, при которых -5 x 2 +24 x +36>0. Решим уравнение -5 x 2 +24 x +36=0.

D = b 2 -4 ac =1296, X ₁ =6, X ₂ =-1,2.

Уравнение оси симметрии параболы y = -5 x 2 +24 x +36 можно найти по формуле x =, получим: x =2,4.

Неравенство -5 x 2 +24 x +36>0 выполняется при -1,2 В этом интервале находится пять натуральных чисел (1, 2, 3, 4, 5). Значит в заданной последовательности пять положительных элементов последовательности.

б) Наибольший элемент последовательности определяется методом подбора и он равен y ₂ =64.

в) Наименьшего элемента нет.

1. Составьте возможную формулу n -го элемента последовательности ( y _n ), если последовательность имеет вид: 2, 4, 6, 8, 10, 12, . .

2. Выписать первые десять элементов последовательности заданной рекуррентно: y ₁ =1, y ₂ =3, y _n = y _{n -2} + y _{n -1} .

3. Найдите формулу n -го элемента и сумму первых 15 элементов арифметической прогрессии с первым элементом 3,4 и разностью 0,9.

4. Найдите сумму бесконечной геометрической прогрессии с первым членом 3,5 и знаменателем —

5 . В арифметической прогрессии a ₅ = -150, a ₆ = -147. Найдите номер первого положительного элемента этой последовательности.

6 . Укажите наиболее близкий к нулю элемент арифметической прогрессии

7. Дана последовательность y _n =12 n + 8 — 2,5 n 2 .

а) Сколько в ней положительных элементов?

б) Найти наибольший элемент последовательности.

в) Есть в данной последовательности наименьший элемент?

Источник

Числовая последовательность

Определение 1. Числовой последовательностью называется функция, аргументом которой является множество всех натуральных чисел, или множество первых n натуральных чисел.

Обозначается числовая последовательность так:

где −i-ый член последовательности.

Последовательности можно задавать тремя способами: словестно, аналитически и рекуррентно .

При словестном задании последовательности, описывается из каких элементов она состоит.

Последовательность нечетных чисел:

Последовательность простых чисел :

Последовательности (1) и (2) мы задали словестно.

Последовательность называется заданной аналитически , если указана формула ее n-го члена.

Последовательность нечетных чисел аналитически задается формулой

Действительно. Взяв для n значения 1, 2, 3, . мы получим последовательность (1).

Отметим, что последовательность простых чисел невозможно задать аналитически.

Последовательность задана рекуррентно , если указан метод вычисления n — го члена, при известных предыдущих членах последовательности.

Пример задания рекуррентной последовательности:

В этой последовательности

Определение 2. Числовая последовательность, в котором все члены равны называется стационарным .

Пример стационарной последовательности:

Возрастающие и убывающие последовательности

Определение 3. Последовательность, в которой каждый последующий член (кроме первого) больше предыдующего, называется возрастающей :

Определение 4. Последовательность, в которой каждый последующий член (кроме первого) меньше предыдующего, называется убывающей :

Возрастающие и убывающие последовательности называются также монотонными последовательностями .

Пример 1. Выяснить, монотонна ли последовательность

.

Решение. Запишем n+1 член последовательности (подставим вместо n, n+1):

.

Найдем разность членов и :

.

(3)

Так как n=1,2,3. то правая часть уравнения (3) положительна. Тогда:

.

Таким образом, каждый последующий член последовательности больше предыдующего. Следовательно последовательность является возрастающим (и монотонным).

Пример 2. Выяснить, при каких значениях a последовательность (b_n) является возрастающей и при каких, убывающей:

.

Решение. Запишем n+1 член последовательности (вместо n подставим n+1):

.

Найдем разность членов и :

(4)

Посмотрим на правую часть выражения (4). Если a 10, то . Тогда последовательность является убывающей. При a=10 . Последовательность имеет одинаковые члены:

т.е. имеем дело с последовательностью

(5)

Очевидно, что последовательность (5) не является монотонной. Она является стационарной последовательностью.

Ограниченные и неограниченные последовательности

Определение 5. Последовательность (y_n) называется ограниченной сверху, если существует такое число k, что y_n Определение 6. Последовательность (y_n) называется ограниченной снизу, если существует такое число k, что y_n>k при любом n.

Определение 7. Последовательность (y_n) называется ограниченной, если она ограничена и сверху, и снизу.

Пример 3. Показать, что последовательность (a_n) является монотоннной и ограниченной:

.

(5)

Решение. Запишем n+1 член последовательности (вместо n подставим n+1):

.

Найдем разность членов и :

(6)

Правая часть равенства (6) положительна при любых натуральных чисел n. Следовательно последовательно (a_n) возрастающая (и монотонная).

Далее, сделаем эквивалентное преобразование для проследовательности (5):

(7)

Из выражения (7) видно, что при любых n a_n≤1. Т.е. хотя последовательность возрастает, то остается меньше числа 1 (ограничена сверху). Запишем несколько членов данной последовательности, задав n=1,2,3.

(8)

Так как последовательность возрастающая, то все члены последовательности не меньше . Тогда последовательность ограничена также и снизу. Таким образом последовательность ограничена и всерху, и снизу, т.е. является ограниченной последовательностью.

Сходящиеся и расходящиеся последовательности

Рассмотрим две числовые последовательности:

(9)

(10)

На координатной прямой изобразим члены этих последовательностей:

Как можно заметить из рисунков Рис.1 и Рис.2, члены последовательности , при увеличении n, постепенно приближаются к некоторой точке (в данном случае к точке O), а для последовательности такое не наблюдается. Говорят, что последовательность сходится , а полседовательность расходится .

Предел числовой последовательности

Точка, к которой приближаются члены последовательности при увеличении n, называется пределом последовательности. Для последовательности (10) пределом является число 0. Более строго предел последовательности определяется так:

Определение 8. Число k называют пределом последовательности (y_n), если для любой заранее выбранной окресности точки k, можно выбрать такой номер n₀, чтобы все члены последовательности, начиная с номера n₀ содержались в указанной окрестности.

Если k является пределом последовательности (y_n), то пишут ( стремится к k или сходится к k).

Обозначают это так:

.

(11)

Выраженние (11) читается так: предел проследовательности , при стремлении n к бесконечности равен k.

Изложим некоторые пояснения к определению 8.

Пусть выполнено (11). Возьмем окрестность точки k, т.е. интервал , где радиус этой окрестности ( >0). По определению, существует номер n₀, начиная с которого вся последовательность содержится в указанной окресности, т.е.

.

Если же взять другую окресность (пусть ), то найдется другой номер n₁, начиная с которого, вся последовательность содержится в указанной окрестности, но этот номер будет больше n₁ > n₀.

Пример 4. Дана полследовательность (y_n):

.

(12)

Доказать, что .

Решение. Найдем любую окрестность точки 0. Пусть ее радиус равен r. Тогда всегда можно выбирать n₀ так, чтобы .

Пусть, например, r=0.001. Вычислим n‘ из уравнения

.

.

В качестве n₀ берем 501. Имеем:

.

.

(13)

Запишем члены последовательности (12) начиная с номера 501:

.

Далее, учитывая (13), имеем:

.

Следовательно, все члены последовательности (12) начиная с номера 501 попадают в окресность . А по определению 8, это означает:

.

Пример 5. Дана полследовательность (y_n):

.

(14)

Доказать, что .

Решение. Найдем любую окрестность точки 2. Пусть ее радиус равен r. Тогда всегда можно выбирать n₀ так, чтобы

.

(15)

.

.

,

(16)

.

(17)

Неравенство в (17) всегда выполняется так как n₀ натуральное число, а правая часть неравенства отрицательно (это означает, что для любого n₀). Из неравенства (16) можно найти номер n₀, начиная с которого члены последовательности попадают в окресность (2−r; 2+r). Например, пусть r=0.001, тогда . Тогда нужно брать n₀=2000. И тогда все члены последовательности, начиная с номера 2000 попадают в окрестность (2−r; 2+r).

Запишем члены последовательности, начиная с номера 2000:

.

Легко проверить, что . Тогда, учитывая, что данная последовательность возрастающая (см. пример 1), получим:

.

Пример 6. Найти предел последовательности

.

(18)

Решение. Выполним некоторые преобразования выражения (18):

.

Тогда последовательность (18) можно переписать так:

(19)

Как видно из (19), пройдя по членам последовательности слева направо, из числа 1 вычитается все меньшее и меньшее положительное число. Т.е. последовательность приближается к числу 1. Тогда 1 является пределом последовательности (19) и (18):

.

На Рис. 3 представлена функция . Абсцисы нарисованных точек это номера членов последовательности, а ординаты образуют последовательность (18) (или (19)). Прямая y=1 (горизонтальная пунктирная линия) называется горизонтальной асимптотой . Как видно из Рис.3 последовательность приближается к горизонтальной асимптоте.

Свойства сходящихся последовательностей

Сходящиеся последовательности обладают рядом свойств.

Свойство 1. Если последовательность сходится, то только к одному пределу.

Свойство 2. Если последовательность сходится, то она ограничена.

Свойство 3. Если последовательность монотонна и ограничена, то она сходится (теорема Вейерштрасса).

Предел стационарной последовательности равен значению любого члена последовательности:.

Теорема. Если , то

1. Предел суммы равен сумме пределов:

.

2. Предел произведения равен произведению пределов:

.

3. Предел частного равен частному пределов:

4. Постоянный множитель можно вывести за знак предела:

.

Пример 7. Найти предел последовательности:

.

Решение. Так как , то

.

Пример 8. Найти предел последовательности:

.

Решение. Применив правило «предел суммы» теоремы, получим

.

Пример 9. Вычислить:

.

Решение. Делим числитель и знаменатель дроби на наивысшую из имеющихся степень переменного n. Далее используем правило «предел суммы» для числителя и знаменателя и правило «предел частного»:

Источник