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1、数学分析中一类递推数列的单调性与极限 摘 要: 数列是高中代数的重点之一,也是高考的考查重点,在近十年高考试题中占有较大的比重。这些试题不仅考查数列,等差数列和等比数列,数列极限的基础知识、基本技能、基本思想和方法,以及数学归纳法这一基本方法,而且有效地测试逻辑推理能力、运算能力,以及运用有关的知识和方法,分析问题和解决问题的能力。同样数列在高等数学中也有很重要的地位，它是后续学习一系列相关定理的基础。本文从一类递推数列入手,对其递推公式进行分析,进而研究一类递推数列的单调性与收敛性问题,同时也推广与包含了近期一些文献中的结果。关键词： 递推数列；单调性；不动点；收敛 。 The Limits
2、 and Monotonicity of a Recursive Sequence in Mathematical AnalysisZhang Rong-quan(Department of Mathematics and Statistics,Anhui Normal University,Wuhui,Anhui ,241000,China)Abstract: The sequence is the focus of the high school algebra is one of the college entrance examination examination of key, i
3、n recent ten years in high have a large proportion of the examination. These questions not only examines the sequence, each digit and compares the sequence, the foundation of the sequence limit knowledge, basic skills, basic thoughts and methods, as well as the basic mathematical induction method, a
4、nd effectively test logical reasoning ability, operation ability, and the use of relevant knowledge and methods, the ability to analyze and solve problems. The same sequence in the higher mathematics is very important in the position, it is the follow-up study a series of related theorem foundation。
5、This article from some recursion sequence of recursive formula, the analysis and study, some recursion sequence monotonicity and convergence problem, also contain some recent promotion and documents of the results。Key words: recursive sequence ; monotonicity; fixed point; convergence.1 引言在近期的一些文献中,讨
6、论了形如（）的递推数列的极限问题1-7,这类数列的极限问题经常出现在研究生入学试题与大学数学考试试题中,在高等数学中占有重要的地位.研究结果表明,这类递推数列极限的存在性与求法往往与它的迭代函数的不动点相关联,该递推数列的迭代函数为,注意到不变号,它启发我们从迭代函数的不动点与导函数的不变号两方面考虑这类问题.本文将给出联系迭代函数的不动点与导函数的几个实用命题,把现行文献1-7中的相关结论进行拓广,通过这些命题使我们可以统一处理有关例子,揭示这类试题的背景与思想方法. 2 命题与证明定义11对于函数,若数列满足,则数列称为递推数列,称为数列的迭代函数,称为初始值.命题11设函数在上连续,在上
7、可导,且,.设,则递推数列（）收敛.证明 只需证明数列单调有界,可用归纳法证之.1当时,由于,因此,又,所以,而,故有,从而结论成立.2假设当时,结论成立,即.当时,由于,则有,即得,也即,从而当时,结论成立.故命题1得证.命题 21设函数在上连续,在上可导,且,.设,则递推数列（,）收敛.证明 类似于命题1,可以证明数列单调递减并且有界,即，从而数列收敛.定义 21对于函数,若存在实数,使,则称为的不动点.注:在命题1,命题2的条件下,若还满足“在上有唯一的不动点”条件,易知数列必收敛于该不动点.事实上,在满足所给条件的情况下,由数学分析8中的确界原理及上确界的定义,对于命题1中的数列,必为
8、其上确界.任给,按上确界的定义,存在数列中的某一项,使得.又由的递增性,当时有.另一方面,由于是的一个上界,故对一切都有.所以当时有,从而.这为命题1,2的应用提供了方便.命题3 3设在区间上可导,且对任意的,有.则由,确定的两个子列与分别是单调的,而且具有相反的单调性.证明如果,则由,得,即,于是又有,用归纳法可得奇数项子列单调增加,而偶数项子列单调减少;如果,同理可得子列单调减少,而偶数项子列单调增加.推论 1对于递推数列（,）,如果全为正数时,那么数列收敛,且收敛于,其中,这里是方程的一个正根.证明由于迭代函数的导数.下面讨论之:（1）若,则.当时,由于是函数唯一的一个正的不动点,因而,
9、于是是常数列,故;当与时,分别在区间与上应用命题1与命题2,得数列收敛于不动点;（2）若,则.当时,注意到注意到,由,即,进一步有,即,易用数学归纳法证明:.因而,即,即与有界,故均收敛.且由分别考虑为奇,偶数对此式取极限,得,这里是方程的一个正根;当时,类似可证;当时,有为常数列.故.（3）若,此时为常数列,结论也成立.综上可知结论成立.3 相关应用下面我们给出以上命题的一些应用.例11-3 设,（）,求证:数列收敛,并求其极限.解 数列的迭代函数,而,即,故数列在区间上满足命题1的条件,于是数列收敛.又在上有唯一的不动点,于是. 例 29 已知函数，且存在，使.设, ,，,其中,证明: 证
10、明 由数列的迭代函数得,从而在区间上，由命题1的结论得，在区间上，由命题2的结论得，于是有证毕例3 6 已知数列满足，.猜想数列的单调性，并证明你的结论.解与分别单调，但不具有单调性下面证明之因为数列的迭代函数为，从而其导函数，又由计算得,显然有,从而根据命题3的结论知,由确定的数列的子列为单调递增数列,为单调递减数列，而不具有单调性.例44 设,（）,求证:.证明设（）,则,仿推论有,即与有界,故均收敛.设,又,亦由推论得.故.4 总 结综上所述，应用本文中的三个命题及推论，从迭代函数的不动点与导函数的不变号两方面进行考虑，来讨论递推数列的极限问题，会找到较好的途径和证明方法。如应用这些知识
11、，我们可以较为简单地解决文献1,2,3,6中的所有例子与结果，以及文献4,5,7中的大部分结果。总之，掌握好讨论一类递推数列的单调性与收敛性问题的方法，是我们学好数学分析的基础。 参考文献1 孙志峰.关于一类递推数列极限的求法的注解J.高等数学研究,2007,10（5）:45-46. 2 张乾,陈之兵.一类递推数列极限的求法J.高等数学研究,2006,9（5）:30-31.3 胡付高,蔡运舫.一道极限题的多种解法J.高等数学研究,2004,7（5）:33-36.4 余国林,魏本成.关于上,下极限的一个新定理J.大学数学,2007,23（5）:163-166. 5 潘杰,苏化明.一类数列极限的矩阵解法J.高等数学研究,2007,10（4）:102-105.6 潘杰,苏化明.一道极限题的解法及应用J.高等数学研究,2003,6（3）:20-23.7 苏化明,黄有度.一类数列极限的收敛速度J.高等数学研究,2004,7（5）:20-22.8 华东师大数学系.数学分析(上册)M.北京:高等教育出版社,2001,6第三版:5,6,35.9 王四容,胡付高.用高数观点看2006年全国高考理科数学(陕西卷)22题J.数学通讯, 2007,15:41-42. - 10 -