Lý thuyết Toán 11 Bài 1: Giới hạn của dãy số (Chân trời sáng tạo)

Lý thuyết Toán 11 Bài 1: Giới hạn của dãy số

I. Lý thuyết

1. Giới hạn hữu hạn của dãy số

1.1. Giới hạn 0 của dãy số

Ta nói (u_n) có giới hạn 0 khi n dần tới dương vô cực, nếu |u_n| nhỏ hơn một số dương bé tùy ý cho trước, kể từ một số hạng nào đó trở đi.

Kí hiệu: $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=0$  hay $u_n\to 0$  khi $n\to +\infty$

Ví dụ: Cho dãy số (u_n) với $u_n=\frac{2}{\sqrt{n}}$ . Tìm giới hạn của dãy số.

Hướng dẫn giải

Với n > 10 000   thì $\sqrt{n}>\sqrt{10000}=100$ .

Suy ra $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=0$ .

Một vài giới hạn đặc biệt:

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

• $\lim q^n=0$ , với q là số thực thỏa mãn |q| < 1.

Ví dụ: Tìm các giới hạn sau:

a) $\lim \frac{1}{n^3}$ ;

Hướng dẫn giải

a) Do 3 là một số nguyên dương nên $\lim \frac{1}{n^3}=0$ ;

b) Do |$\left|\frac{-1}{2}\right||=\frac{1}{2}<1$  nên $\lim {\left(\frac{-1}{2}\right)}^n=0.$

1.2. Giới hạn hữu hạn của dãy số

Ta nói dãy số có giới hạn hữu hạn là số a (hay u_n dần tới a) khi n dần tới dương vô cực, nếu lim (u_n – a) = 0.

Kí hiệu: $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=a$  hay lim u_n = a khi n → +∞.

Chú ý: Nếu u_n = c (c là hằng số) thì $\lim u_n=\lim c=c$

Ví dụ: Cho $u_n=\frac{-n+1}{2+3n}.$  Chứng minh rằng $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=\frac{-1}{3}$ .

Hướng dẫn giải

Theo định nghĩa, ta có $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=-\frac{1}{3}$ .

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

Cho lim u_n = a, lim v_n = b và c là hằng số. Khi đó:

• lim (u_n + v_n) = a + b                        

• lim (u_n – v_n) = a – b

• lim (c.u_n) = c . a                               

• lim (u_n.u_n) = a . b

•  $\lim \frac{u_n}{v_n}=\frac{a}{b}\text{\hspace{0.33em}(}\left(b\ne 0\right)$ )                         

• Nếu $u_n\ge 0,\forall n\in \mathbb{N}\text{*}$  thì $a\ge 0$  và $\lim \sqrt{u_n}=\sqrt{a}$

Ví dụ: Tìm các giới hạn sau:

a)  $\lim \frac{4n+5}{3-2n};$                                   

b) $\lim \frac{\sqrt{4n^2+3}}{2n}$ .

Hướng dẫn giải

a) Ta có: $\frac{4n+5}{3-2n}=\frac{4+\frac{5}{n}}{\frac{3}{n}-2}$

Từ đó: $\lim \frac{4n+5}{3-2n}=\lim \frac{4+\frac{5}{n}}{\frac{3}{n}-2}=\frac{\lim \left(4+\frac{5}{n}\right)}{\lim \left(\frac{3}{n}-2\right)}$

b) $\lim \frac{\sqrt{4n^2+3}}{2n}=\lim \sqrt{\frac{4n^2+3}{4n^2}}=\lim \sqrt{1+\frac{3}{4n^2}}$

$=\sqrt{\lim \left(1+\frac{3}{4n^2}\right)}=\sqrt{\lim 1+\frac{3}{4}\lim \frac{1}{n^2}}=\sqrt{1+\frac{3}{4}.0}=1$.

3. Tổng của cấp số nhân lùi vô hạn

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

Cấp số nhân lùi vô hạn nàu có tổng là:

$S=u_1+u_2+\mathrm{...}+u_n+\mathrm{...}=\frac{u_1}{1-q}$.

Ví dụ: Tính tổng của cấp số nhân lùi vô hạn: 

Hướng dẫn giải

Ta có dãy số  là một cấp số nhân lùi vô hạn với số hạng đầu là $u_1=1$ và công bội $q=-\frac{1}{3}$  nên

4. Giới hạn vô cực

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

Kí hiệu: lim u_n = + ∞ hay u_n → +∞ khi n → +∞.

• Dãy số (u_n) có giới hạn là −∞ khi n → +∞, nếu lim u_n = + ∞.

Kí hiệu: lim u_n = − ∞ hay u_n → −∞ khi n → +∞.

Chú ý:

• lim u_n = + ∞ ⇔ lim (−u_n) = − ∞;

• Nếu lim u_n = + ∞ hoặc lim u_n = − ∞ thì $\lim \frac{1}{u_n}=0$ ;

• Nếu lim u_n = 0 và u_n > 0 với mọi n thì $\lim \frac{1}{u_n}=+\infty$ .

Ví dụ: Tìm giới hạn $\lim 2^n$ .

Hướng dẫn giải

Từ 2 > 1 suy ra $0<\frac{1}{2}<1$

Mà 2ⁿ > 0 với mọi n nên lim 2ⁿ = + ∞.

Nhận xét:

• $\lim n^k=+\infty \left(k\in \mathbb{N},k\ge 1\right)$ ;

• $\lim q^n=+\infty \left(q>1\right)$ .

II. Bài tập Giới hạn của dãy số

Bài 1. Tính các giới hạn sau:

a) $\lim \frac{2n+6}{n-3}$ ;

b) $\lim \frac{n^3-n+3}{1-2n^3}$ ;

c) $\lim \frac{3^n-4^n+2}{3.4^n-5.2^n}$ .

Hướng dẫn giải

a) $\lim \frac{2n+6}{n-3}=\lim \frac{2+\frac{6}{n}}{1-\frac{3}{n}}=2$ ;

b) $\lim \frac{n^3-n+3}{1-2n^3}=\lim \frac{1-\frac{n}{n^3}+\frac{3}{n^3}}{\frac{1}{n^3}-2}=\lim \frac{1-\frac{1}{n^2}+\frac{3}{n^3}}{\frac{1}{n^3}-2}=\frac{-1}{2}$ ;

Bài 2. Tìm số hạng tổng quát của cấp số nhân lùi vô hạn có công bội là $\frac{-3}{5}$  và tính tổng của cấp số nhân lùi vô hạn.

Hướng dẫn giải

Suy ra số hạng đầu tiên của dãy là: u₁ = 1.

Khi đó tổng cấp số nhân lùi vô hạn là: 

Vậy số hạng tổng quát của cấp số nhân lùi vô hạn là:   và tổng của cấp số nhân lùi vô hạn là $S=\frac{5}{8}$ .

Bài 3. Tính các giới hạn sau:

a) $\lim \left(2n^3+n^2-4n-13\right)$ ;

b) $\lim \left(4.2^n-2.3^n+13n\right)$ .

Hướng dẫn giải

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Toán 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 3: Cấp số nhân

Tổng hợp lý thuyết Toán 11 Chương 2

Lý thuyết Bài 2: Giới hạn của hàm số

Lý thuyết Bài 3: Hàm số liên tục

Tổng hợp lý thuyết Toán 11 Chương 3