AMKbook.Net Задачи должны иметь решение
Реклама

Задача №1031

Условие

Функция целочисленного аргумента принимает значения \(u_1=0{,}9\); \(u_2=0{,}99\); \(u_3=0{,}999\); ..., \(u_n=0{,}999\ldots{9}\). Чему равен \(\lim_{n\to\infty}u_n\)? Каково должно быть \(n\), чтобы абсолютная величина разности между \(u_n\) и её пределом была не больше \(0{,}0001\)?

Решение

Запишем члены последовательности в такой форме:

\[ \begin{aligned} & u_1=0{,}9;\\ & u_2=0{,}9+0{,}09=0{,}9+0{,}9\cdot{0{,}1};\\ & u_3=0{,}9+0{,}09+0{,}009=0{,}9+0{,}9\cdot{0{,}1}+0{,}9\cdot{0{,}1}^2;\\ & u_4=0{,}9+0{,}09+0{,}009+0{,}0009=0{,}9+0{,}9\cdot{0{,}1}+0{,}9\cdot{0{,}1}^2+0{,}9\cdot{0{,}1}^3;\\ &\ldots\\ & u_n=0,9+0,09+0,009+0,0009+...+0,000\ldots{9}=0{,}9\cdot{0{,}1}^2+0{,}9\cdot{0{,}1}^3+\ldots+0{,}9\cdot{0{,}1}^{n-1}. \end{aligned} \]

Таким образом каждый \(u_n\) член данной последовательности есть сумма \(n\) членов геометрической прогрессии с первым членом \(0{,}9\) и знаменателем \(0{,}1\). Сумму первых \(n\) членов этой прогрессии найдём по стандартной формуле:

\[ u_n =S_n =\frac{0{,}9\cdot\left(1-0{,}1^n\right)}{1-0{,}1} =1-0{,}1^n \]

Докажем, что \(\lim_{n\to\infty}u_n=1\). Рассмотрим неравенство \(\left|u_n-1\right|\lt\varepsilon\) при условии \(\varepsilon\gt{0}\):

\[ \left|1-0{,}1^n-1\right|\lt\varepsilon;\;0{,}1^n\lt\varepsilon;\; n\gt\log_{0{,}1}\varepsilon. \]

Если \(0\lt\varepsilon\le{1}\), то \(\log_{0{,}1}\varepsilon\ge{0}\), посему \(\left[\log_{0{,}1}\varepsilon\right]+1\gt\log_{0{,}1}\varepsilon\). При этом \(\left(\left[\log_{0{,}1}\varepsilon\right]+1\right)\in{N}\).

Если же \(\varepsilon\gt{1}\), то \(\log_{0{,}1}\varepsilon\lt{0}\), поэтому неравенство \(n\gt\log_{0{,}1}\varepsilon\) будет истинным при всех \(n\in{N}\).

Таким образом, для любого \(\varepsilon\gt{0}\) существует номер \(n_{\varepsilon}=\left\{\begin{aligned}& \left[\log_{0{,}1}\varepsilon\right]+1;\;0\lt\varepsilon\le{1};\\& 1;\;\varepsilon\ge{1} \end{aligned}\right.\) такой, что при всех \(n\ge{n_\varepsilon}\) выполнено неравенство \(\left|u_n-1\right|\lt\varepsilon\). Это и доказывает, что \(\lim_{n\to\infty}u_n=1\).

Если \(\left|u_n-1\right|\le{0}{,}0001\), то \(0{,}1^n\le{0}{,}0001\), откуда \(n\ge{4}\).

Ответ:

\(\lim_{n\to\infty}u_n=1\). Неравенство \(\left|u_n-1\right|\le{0{,}0001}\) будет выполнено при \(n\ge{4}\).

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №2Предел. Непрерывность
Параграф №1Основные определения
Задача №176