n→∞lim4n2+5n+162n2−9n−2=n→∞lim1+n5+n2162−n9−n22
לפי חשבון גבולות:
=12=2
n→∞limn2+8n+1n4+3=n→∞lim1+n8+n21n2+n23=∞
זה על פי חשבון גבולות מורחב.
שימוש בנוסחאות כפל מקוצר
n→∞limn(4n2+3−2n)=n→∞limn4n2+3+2n4n2+3−4n2=n→∞lim4n2+3+2n3n=n→∞lim4+n23+23
=2+23=43
זה היה לפי חשבון גבולות.
n→∞lim(34n2+3n−34n2−3)=n→∞lim(4n2+3n)32+(4n2+3n)(4n2−3n)31+(4n2−3n)324n2+3n−(4n2−3n)6n
n(4n2+3n)32=(n324n2+3n)32=(4n+n3)32
n(16n4−9n2)31=(n316n4−6−9n)31=(16−n9)31
n→∞lim(4n2+3n)32+(4n2+3n)(4n2−3n)31+(4n2−3n)324n2+3n−(4n2−3n)6n
=("∞"+0)+("∞"+0)+("∞"+0)6=0
זה על פי חשבון גבולות מורחב.
a3±b3=(a±b)(a2∓ab+b2)
סנדוויץ
אם קיים N כך שלכל n>N מתקיים an≤bn≤cn וגם limn→∞an=limn→∞cn=L אז:
n→∞limbn=L
nn→1
nc→1
כאשר c>0 קבוע כלשהו.
n→∞limn1n+2n+3n+4n+5n
5=n5n≤n1n+2n+3n+4n+5n≤n5⋅5n=n5⋅5→5⋅1=5
נראה עוד גבול:
n→∞limn(3+n1)n+(−1)n
n(3+n1)n+(−1)n≤n(3+n1)n+(−1)n≤n(3+n1)n+1≤2(3+n1)n
=n2⋅(3+n1)⟶1⋅3
נסתכל על הצד השני:
1⋅3⟵n32⋅(3+n1)=n32(3+n1)n=n(3+n1)n−31(3+n1)n≤n(3+n1)n−1
הוכיחו כי אם an סדרה חיובית המקיימת limn→∞an=L>0 אזי:
n→∞limnan=1
הוכחה:
נתון לנו כי לכל ε>0 קיים N כך שלכל n>N מתקיים:
∣an−L∣<ε
L−ε<an<L+ε
ובפרט עבור ε=2L>0 קיים N כך שלכל n>N מתקיים:
∣an−L∣<2L
−2L<an−L<2L
n2L<nan<n23L
אנו יודעים כי:
n→∞limn2L=n→∞limn23L=1
ולכן, על פי סנדוויץ, nan⟶1.
∎
n→∞limn2[1⋅π]+[2⋅π]+⋯+[n⋅π]
איך נדע מי הכי גדול, מי הכי קטן וכו'? אז איך נפתור זאת?
n2π(1+n)2n−n2n=n2(π−1)+(2π−1)+⋯+(nπ−1)≤n2[π]+[2π]+⋯+[nπ]
≤n2π+2π+⋯+nπ≤n2π(1+n)2n
n→∞limn2π(1+n)2n=n→∞lim2nπ(1+n)=n→∞lim2π(n1+1)=2π
n→∞limn2π(1+n)2n−n2n=2π−n→∞limn1=2π−0=2π
ולכן, על פי סנדוויץ:
n→∞limn2[π]+[2π]+⋯+[nπ]=2π
חסומה כפול אפסה
הגבול של מכפלת סדרה חסומה בסדרה ששואפת לאפס הוא אפס.
n→∞limnsinn=n→∞limn1sinn=0⋅n→∞limsinn=0
n→∞lim(nn2+n−1)(n−3[3n])
לפי זה ש-x−1≤[x]≤x:
3n−1≤[3n]≤3n
−n≤−3[3n]≤−n+3
0≤n−3[3n]≤3
גילינו כי הסדרה n−3[3n] חסומה.
0=n1−1≤nn2+n−1≤n2n2−1=n2(nn)2−1⟶1⋅12−1=0
מסנדוויץ ניתן להסיק ששורש n של כל פולינום בעולם שואף ל-1 אבל אסור לצטט זאת וצריך להוכיח כל פעם מחדש
מבחן המנה והשורש
n∣an∣⟶q:{0≤q<1⟹an⟶0q>1⟹∣an∣⟶∞
anan+1⟶q:⎩⎨⎧ל"נכ
תהי an סדרה חיובית אז אם limn→∞anan+1 קיים אז limn→∞nan קיים. ו:
n→∞limnan=n→∞limanan+1
n→∞limn5n2+7n+1
an=5n2+7n+1>0
anan+1=5n2+7n+15(n+1)2+7(n+1)+1⟶1
ולכן, לפי משפט:
n→∞limn5n2+7n+1=1
n→∞lim(3n−n2)=n→∞lim3n(1−3nn2)
3nn2>0⟹n3nn2=3(nn)2⟶31<1
ולכן, לפי מבחן השורש:
n→∞lim3nn2=0
ולכן:
n→∞lim3n(1−3nn2)=∞⋅1=∞
על פי חשבון גבולות מורחב.
נראה עוד תרגיל:
n→∞limn!2n
anan+1=(n+1)!2n+1⋅2nn!=n+12⟶0<1
ולכן, לפי מבחן המנה, n!2n⟶0.
אם an מתכנסת אז limn→∞(nan)n=0
הוכחה:
הסדרה מתכנסת ולכן, לפי משפט, מתכנסת ולכן:
אי שלילית ולכן נוכל להשתמש במבחן השורש:
n(n∣an∣)n=n∣an∣=∣an∣⋅n1⟶L⋅0=0
על פי חשבון גבולות. ולכן, על פי מבחן השורש, מכיוון ש-0<1 אזי:
n→∞lim(n∣an∣)n=n→∞lim(nan)n=n→∞lim(nan)n
לפי משפט:
n→∞lim(nan)n=n→∞lim(nan)n
ולכן:
n→∞lim(nan)n=0
∎
אם an סדרה חיובית כך ש-limn→∞(nan)n=0 אזי an מתכנסת.
הוכחה:
נקח an=2n ונראה כי:
(nan)n=(21)n⟶0
∎
תהי an סדרה חיובית המקיימת:
n→∞limnan=L
אזי
n→∞limanan+1=L
הוכחה:
נראה דוגמה נגדית:
an={12יגוזיגוז-יא
הסדרה anan+1 לא מתכנסת אבל nan⟶1.
∎
אם an סדרה מתכנסת של איברים שונים מאפס כך ש-limn→∞anan+1=L אזי ∣L∣≤1
הוכחה:
נניח בשלילה כי ∣L∣>1 ולכן:
n→∞limanan+1=L
לכן, לפי משפט:
n→∞limanan+1=∣L∣
הסדרה ∣an∣ הינה חיובית ולכן על פי מבחן המנה:
∣L∣>1
אז ∣an∣⟶∞.
אם an מתכנסת, אזי, לפי משפט, ∣an∣ מתכנסת ולכן סתירה.
∎
גבולות אינסופיים ובמובן הרחב
הגדרה 1 (שאיפה ל-
∞)
נאמר limn→∞an=∞ אם לכל M>0 קיים N כך שלכל n>N, n∈N מתקיים:
an>M
נוכיח כי:
n→∞limn+2n2−3=∞
הוכחה:
יהי M>0. אם נקח N=M+2 אז לכל n>N מתקיים:
n+2n2−3n>2>n+2n2−4=n−2>N−2=M+2−2=M
∎