1. Trang chủ
  2. » Đề thi

GIOI HAN

29 4 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Nội dung

Giới hạn của các dãy số sinh bởi các đại lượng trung bình đã xuất hiện rải rác trong các kì thi học sinh giỏi. Bài viết này nhằm trình bày một cách đầy đủ và có hệ thống các bài toán về [r]

(1)

Giới hạn dãy số sinh đại lượng trung bình xuất rải rác kì thi học sinh giỏi Bài viết nhằm trình bày cách đầy đủ có hệ thống toán giới hạn dãy số sinh đại lượng trung bình

0.1

Giới hạn dãy số sinh đại lượng trung bình

Định nghĩa Ta gọi trung bình bậc r n số dương a1, a2, , an biểu thức xác định bởi:

∆r(a1, a2, , an) =

ar

1+ar2 +· · ·+arn

n

1r

,

nếu r6= 0,

∆0(a1, a2, , an) := lim

r→0∆r(a1, a2, , an)

Chú ý Đặc biệt r = ta có trung bình cộng, r = −1 ta có trung bình điều hịa, r= ta có trung bình bình phương (hay cịn gọi trung bình tồn phương)

Nhận xét Ta chứng minh a1, a2, , an số dương khác

∆0(a1, a2, , an) = √na1a2 an (*) Do r= 0, ta có trung bình nhân Cịn (∗) chứng minh sau: Ta có

ln [∆0(a1, a2, , an)] = ln

h

lim

r→0∆r(a1, a2, , an)

i

= ln

"

lim

r→0

ar1+a

r

2+· · ·+a

r n

n

1r

#

= lim

r→0

"

ln

ar1+a

r

2+· · ·+a

r n

n

1r

#

= lim

r→0

 

ln

ar

1+ar2+· · ·+arn

n

r

  

Lopitan

= lim

r→0

 

 

ar

1+ar2+· · ·+arn

n

0

ar

1+ar2+· · ·+arn

n

 

 

= lim

r→0

 

ar

1lna1+ar2lna2+· · ·+arnlnan

n

ar

1+ar2+· · ·+arn

n

 

= ln (a1a2 an)

n

G

G

GI

I

IỚ

ỚI

I

I

H

H

H

ẠN

N

N

C

C

C

ỦA

A

A

C

C

Á

Á

C

C

C

D

D

Ã

ÃY

Y

Y

S

SỐ

S

S

SI

S

I

IN

N

NH

H

H

B

B

B

I

I

I

C

C

Á

ÁC

C

C

Đ

Đ

Đ

I

I

I

L

L

L

Ư

Ư

Ư

N

N

N

G

G

G

T

T

T

R

R

R

U

U

U

N

N

N

G

G

G

B

B

B

Ì

Ì

Ì

N

N

N

H

H

H

(2)

= lnh(a1a2 an)

1

n

i

Do

∆0(a1, a2, , an) = √na1a2 an

Nhận xét Theo nhận xét 1, trang ta có ngay: Với a >0, b >

lim

m→∞

am1 +b

1

m

!m

=√ab

Tuy nhiên ta chứng minh sơ cấp sau (không sử dụng quy tắc Lơpitan): Ta có

ln√ab

m = ln(ab) 2m = ln

a21mb

1 2m

≤ln a

1

m +b

1

m

!

= ln

1

am1 −1

+

bm1 −1

+

<

2

am1 −1

+

bm1 −1

Vậy

ln√ab≤ln a

1

m +b

1

m

!m

≤ 12hmam1 −1

+mbm1 −1

i

, ∀m = 1,2,

Từ đây, cho m→+∞ ta

lim

m→∞ln

am1 +b

1

m

!m

= ln√ab⇒ lim

m→∞

am1 +b

1

m

!m

=√ab

Nhận xét Ta chứng minh kết quả: Dãy

∆r(a1, a2, , an) =

ar

1+ar2+· · ·+arn

n

1r

là theo r hàm đồng biến hàm số biến r ∈R Kết quan

trọng, định hướng cho ta q trình so sánh dãy số thành lập từ đại lượng trung bình

Nhận xét Đối với dãy số thành lập từ đại lượng trung bình giới hạn dãy số thường thường ta tìm số hạng tổng quát dãy số

(3)

0.1.1 Trường hợp số

Bài toán (Cộng cùng-nhân cùng) Cho dãy số (xn)

+∞

n=1 (yn) +∞

n=1 xác định

sau

x1 =a >0, y1=b >0, xn=

xn−1+yn−1 , yn=

√x

n−1yn−1

Chứng minh hai dãy số cho có giới hạn lim

n→∞

xn = lim n→∞

yn

Giải Từ giả thiết suy với n = 1,2, xn > 0, yn > Theo bất đẳng thức Cauchy ta có:

xn+1 =

xn+yn

2 ≥

√x

nyn =yn+1 ⇒xn ≥yn,∀n= 2,3, Suy

yn+1=√xnyn ≥√ynyn=yn,∀n= 1,2, Vậy

yn ≥yn−1 ≥ · · · ≥y2 =

ab

Tương tự ta có

xn+1 ≤xn ≤ · · · ≤x2 =

a+b

2

Vậy nên

ab≤y2 ≤y3 ≤ · · · ≤yn ≤xn ≤ · · · ≤x3 ≤x2 =

a+b

2

Suy dãy số(xn)giảm, bị chặn √

ab,còn dãy (yn)tăng bị chặn

a+b

2

Do chúng hội tụ Đặt

lim

n→+∞xn=α, n→lim+∞xn=β Khi từ giả thiếtxn+1 =

xn+yn

2 ,∀n= 1,2, cho n→+∞ ta

α= α+β

2 ⇔α=β

Vậy hai dãy số cho có giới hạn lim

n→+∞

xn= lim n→+∞

xn

Bài tốn (Cộng cùng-điều hịa cùng) Cho hai số dương a, b.Xét dãy số (an)

+∞ n=1

và (bn)

+∞

n=1 sau

a1 =a, b1 =b, an+1 =

an+bn

2 , bn+1 =

an

+

bn

,∀n = 1,2,

(4)

Giải

Cách Dễ thấy với mọin = 1,2, , ta có an >0, bn>0, bn+1 =

2

an

+

bn

= 2anbn

an+bn

an+1bn+1 =

an+bn

2 2anbn

an+bn

=anbn,∀n = 1,2, Suy

anbn =· · ·=a1b1 =ab,∀n= 1,2,

Ta có

√a

n−√bn √a

n+ √

bn

= an−

anbn

an+ √

anbn

=

an−1+bn−1

2 −

anbn

an−1+bn−1

2 +

anbn

= an−1+bn−1 −2

anbn

an−1+bn−1 + 2√anbn

=an−1+bn−1 −2

p

an−1bn−1

an−1+bn−1 +

p

an−1bn−1 =

√a n−1 −

p bn−1

√a n−1+

p bn−1

!2

Do đó, phép quy nạp theo n chứng tỏ

√a n−

bn √a

n+√bn

=

a1−

b1

√a

1+

b1

2

n−1

=

√a −√b

a+√b !2n−1

, ∀n= 1,2,

Vậy

lim

n→∞ √a

n− √

bn √a

n+ √

bn

= lim

n→∞ √a

−√b

√a

+√b !2n−1

=

√a −√b

√a

+√b

<1

!

Theo suy

√a

n−√bn √a

n+√bn

= an−

ab an+

ab ⇒nlim→∞

an− √

ab an+

ab =

Đặt

an− √

ab an+

ab =xn⇔anxn+

abxn=an− √

ab⇔an= √

ab(xn+ 1)

1−xn

Khi

lim

n→+∞

an= lim n→+∞

ab(xn+ 1)

1−xn

=√ab (do lim

n→+∞

(5)

Vậy

lim

n→∞

bn= lim n→∞

ab an

= √ab

ab =

ab

Cách Theo bất đẳng thức Cauchy ta có

bn+1 =

an

+

bn

2

r

1

an

bn

=panbn≤

an+bn

2 =an+1,∀n= 1,2,

Với n= 2,3, ta có

an+1 =

an+bn

2 ≤

an+an

2 =an,

bn+1 ≥bn⇔

2anbn

an+bn ≥

bn ⇔anbn≥b

2

n⇔an ≥bn (đúng) Hay ta viết lại

2ab

a+b =b2 ≤ · · · ≤bn ≤bn+1 ≤an+1 ≤an≤ · · · ≤a2 = a+b

2

Vậy kể từ số hạng thứ hai trở dãy số (an)

+∞

n=1 giảm bị chặn số 2ab

a+b nên có

giới hạn, dãy số (bn)

+∞

n=1 tăng bị chặn số

a+b

2 nên có giới hạn Đặt lim

n→∞

an=α, lim n→∞

bn =β Khi từ giả thiếtan+1 =

an+bn

2 ,∀n= 1,2, chon →+∞ ta

α= α+β

2 ⇔α=β

Vậy hai dãy số cho có giới hạn

lim

n→∞

an = lim n→∞

bn Từ lim

n→∞(anbn) = limn→∞(ab) = ab ta có nlim→∞an.nlim→∞bn =ab Do αβ =ab, màα =β ≥ nên suy α=β=√ab Vậy

lim

n→∞

an= lim n→∞

bn = √

ab

Bài tốn (Nhân cùng-điều hịa cùng) Cho dãy số (an)

+∞ n=1, (bn)

+∞

n=1 xác định

sau

a1 =a >0, b1 =b >0, an+1 =

an

+

bn

, bn+1 =

p

anbn (∀n = 1,2, )

(6)

Hướng dẫn Theo giả thiết ta có

1

an+1 =

1

an

+

bn

2 ,

bn+1 =

r

1

an

.1 bn

,∀n = 1,2,

Đặt

an

=xn,

1

bn

=yn Khi x1 =

a >0, y1 =

1

b >0và xn+1 =

xn+yn

2 , yn+1 =

xnyn,∀n= 1,2, Vậy theo toán suy hai dãy (xn), (yn) hội tụ lim

n→+∞

xn= lim n→+∞

yn Do hai dãy

(an),(bn) hội tụ

lim

n→+∞an = limn→+∞bn

Bài tốn (Trung bình bậc r cùng-nhân cùng) Cho trước ba số dương a, b r Xét

hai dãy số (xn)

+∞

n=1 (yn) +∞

n=1 sau

x1 =a, y1 =b, xn+1 =

xr

n+ynr

2

1r

, yn+1 =√xnyn Chứng minh hai dãy số cho hội tụ lim

n→∞

xn= lim n→∞

yn

Giải Từ giả thiết suy với n = 1,2, xn > 0, yn > Theo bất đẳng thức Cauchy ta có:

xn+1 =

xrn+ynr

2

1r

≥ p xr

n.ynr

r

=√xnyn=yn+1,∀n= 1,2,

Suy

yn+1=√xnyn ≥√ynyn=yn,∀n= 2,3, Vậy

yn ≥yn−1 ≥ · · · ≥y2 =

ab

Tương tự ta có

xn+1 =

xr

n+ynr

2

1r

xr

n+xrn

2

1r

=xn,∀n = 2,3, Suy

xn+1 ≤xn≤ · · · ≤x2 =

ar+br

2

1r

Vậy nên

ab≤y2 ≤y3 ≤ · · · ≤yn≤xn≤ · · · ≤x3 ≤x2 =

ar+br

2

1r

(7)

Suy dãy số (xn) giảm, bị chặn √

ab dãy (yn) tăng bị chặn

ar+br

2

1r

Do chúng hội tụ Đặt

lim

n→∞xn =α,nlim→∞yn =β Khi từ giả thiếtxn+1 =

xr

n+ynr

2

1r

,∀n = 1,2, cho n→+∞ ta

α=

αr+βr

2

r

⇔αr = α

r+βr

2 ⇔ α

r =βr

⇔α=β

Vậy hai dãy số cho có giới hạn lim

n→∞

xn = lim n→∞

yn

0.1.2 Trường hợp lệch số

Bài toán (Cộng cùng-cộng lệch) Cho trước a, b∈R Xét hai dãy (un)

+∞

n=1 (bn) +∞ n=1

như sau:

u1 =a, v1 =b, un+1 =

un+vn

2 , vn+1 =

un+1+vn

2

Tìm lim

n→∞

un, lim n→∞

vn Giải.Ta có

un+1 =

un+vn

2 , vn+1 =

un+ 3vn

4 ,∀n = 1,2,

Suy với n= 1,2, , ta có un+1+λvn+1 =

un+vn

2 +λ

un+ 3vn

4 =

1 2+

λ

4

un+

1 +

4

Ta chọn λ cho

1 +

4 =λ

1 +

λ

4

⇔λ2−λ−2 = 0⇔

λ =−1

λ =

Vậy với λ∈ {−1,2}, ta có:

un+1+λvn+1 =

1 2+

λ

4

(un+λvn),∀n= 1,2, Đặt un+λvn=xn, suy

xn+1 =

1 +

λ

4

(8)

Vậy dãy số (xn)

+∞

n=1 tạo thành cấp số nhân với số hạng đầu x1 = a +λb, công bội

q = +

λ

4 Do

xn= (a+λb)

1 +

λ

4

n−1

,∀n = 1,2,

Lần lượt lấy λ=−1, λ = 2ta được:

(

un−vn= (a−b)

1 4n−1

un+ 2vn =a+ 2b

  

 

un=

1

3(a+ 2b) + (a−b)

1 4n−1

vn =

1

a+ 2b−(a−b)

4n−1

Suy lim

n→∞un = limn→∞vn=

3(a+ 2b)

Bài toán (Nhân cùng-nhân lệch) Cho trước hai số dương a b Xét hai dãy số

(un), (vn) sau:

u1 =a, v1 =b, un+1 =√unvn, vn+1 =√un+1vn (∀n= 1,2, ) Hãy tìm lim

n→∞

un lim n→∞

vn

Hướng dẫn Dễ thấy với n = 1,2, ta có un > > Gọi xn = lnun, yn =

lnvn (∀n= 1,2, ) Khi x1 = lna, y1 = lnb với n= 1,2, ,ta có

xn+1 =

lnun+ lnvn

2 =

xn+yn

2 , yn+1 =

lnun+1+ lnvn

2 =

xn+1+yn

2

Theo tập ta có

lim

n→∞

xn = lim n→∞

yn =

lna+ lnb

3 =

lnab2

3 = ln ab 213

Vì hàm số mũ liên tục nên suy

lim

n→∞un = limn→∞vn= limn→∞e lnun

= lim

n→∞e xn

=enlim→∞

xn

=eln(ab2)

= ab2

Bài tốn (Điều hịa cùng-điều hòa lệch) Cho trước hai số dương a vàb Xét hai dãy

số (un), (vn) sau:

u1 =a, v1 =b, un+1 =

un

+

vn

, vn+1 =

2

un+1 +

vn

(∀n = 1,2, )

Hãy tìm lim

n→∞

un lim n→∞

(9)

Hướng dẫn Từ giả thiết ta có

1

un+1 =

1

un

+

vn

2 ,

vn+1 =

1

un+1 +

vn

2 ,∀n = 1,2,

Vậy đặt

un

=xn,

1

vn

=yn Khi

x1=

a >0, y1 =

1

b >0, xn+1 =

xn+yn

2 , yn+1 =

xn+1+yn

2

Đến ta sử dụng kết toán

Bài tốn (Trung bình bậc r cùng-trung bình bậc r lệch) Cho trước hai số dương

a, b cho trước r6= Xét hai dãy số (un), (vn) sau:

u1 =a, v1 =b, un+1 =

ur

n+vnr

2

1r

, vn+1 =

ur

n+1+vnr

2

1r

Hãy tìm lim

n→∞

un lim n→∞

vn

Hướng dẫn Dễ thấy với mọin= 1,2, ta có un>0, vn>0 Với n = 1,2, , với λ∈R, ta có:

urn+1+λv

r n+1 =

ur n+vnr

2 +λ

urn+1+vrn

2 =

ur n+vnr

2 +λ

ur n+vnr

2 +v

r n

2 = u

r n+vnr

2 +λ

urn+ 3vnr

4 =

1 2+

λ

4

ur

n+

1 +

4

vr

n Tương tự tập 5, ta chứng minh

lim

n→∞

urn= lim

n→∞

vnr = a+ 2b

Do hàm số f(x) =x1r liên tục trên(0; +∞) nên lim

n→∞

un = lim n→∞

vn= lim n→∞(

vrn)

1

r =

lim

n→∞

vrn

r =

a+ 2b

3

1r

Chú ý Hàm sin hypebôlic hàm cos hypebôlic hàm

sinhx= e

x−e−x

2 , coshx=

(10)

Bài toán (Cộng cùng-nhân lệch) Cho trước hai số dươnga, b Xét dãy số (an)

+∞ n=1

và (bn)

+∞

n=1 sau:

x1 =a, y1 =b, xn+1 =

xn+yn

2 , yn+1 =

√x

n+1yn,∀n= 1,2, Tìm lim

n→∞

xn, lim n→∞

yn Giải

Trường hợp 1: a=b Khi đóan=bn =a,∀n= 1,2, Bởi

lim

n→∞

an= lim n→∞

bn=a Trường hợp 2: a < b Vì 0<a<b nên0< a

b <1 Do đặt a

b = cosv

0< v < π

2

Ta có

a1 =

a+b

2 =

bcosv+b

2 =

b(1 + cosv)

2 =bcos v

2,

b1 =

p a1b =

r

b2cos2 v

2 =bcos

v

2,

a2 =

bcos2 v

2 +bcos

v

2

2 =

bcos v

1 + cosv

2 =bcos

v

2cos v

22,

b2 =

p a2b1 =

r bcosv

2cos v

22bcos

v

2 =bcos

v

2cos

v

22,

a3 =

bcosv 2cos

2 v

22 +bcos

v

2cos

v

22

2 =bcos

v

2cos

v

22 cos v

23,

b3 =

p a3b2 =

r

b2cos2 v 2cos

2 v 22 cos

2 v

23 =bcos

v

2cos

v

22 cos

v

23,

Bằng phương pháp quy nạp ta dễ dàng chứng minh được:

an=b

cosv 2cos

v

22 · · ·cos

v

2n−1

cos2 v

2n,∀n= 2,3,

bn=bcos

v

2cos

v

22 · · ·cos

v

2n−1 cos

v

2n,∀n = 2,3, Theo công thức cosx = sin 2x

2 sinx (với sinx6= 0), ta có bn =b

sinv

2 sinv

sinv 2 sin v

22

sin v 2n−2 sin v

2n−1

sin v 2n−1 sin v

2n

=b sinv

2nsin v

2n

(11)

Do

lim

n→∞bn=bnlim→∞

sinv

2nsin v

2n

=bsinv v nlim→∞

v

2n

sin v 2n

=bsinv v

Từ an=bncos

v

2n ta có

lim

n→∞an= limn→∞

bncos

v

2n

= lim

n→∞bn.nlim→∞cos

v

2n = limn→∞bn=b sinv

v

Trường hợp 3: a > b Vì a > b >0nên a

b >1 Gọi α số để a

b = coshα, tức a

b =

eα+e−α

2

Ta có:

1 + coshx= + e

x+e−x

2 =

1

2 +e

x

+e−x

=

ex

2 +e−

x

2

2

2

= cosh2 x sinhx= e

x−e−x =

ex2 +e−

x

2

2

ex2 −e−

x

2

2 = sinh

x

2.cosh

x

2 lim

x→0(1 +x)

1

x =e

Vì hàm số f(x) = lnx liên tục khoảng (0; +∞)nên

lim

x→0

ln(1 +x)

x = limx→0ln(1 +x)

1

x = ln

h

lim

x→0(1 +x)

1

x

i

= lne=

Đặt ex−1 = y,khi đó

lim

x→0

ex−1

x = limy→0

y

ln(1 +y) = limy→0 ln(1 +y)

y

=

lim

x→0 sinhx

x = limx→0

ex−e−x

2x = limx→0

ex limx→0

e2x−1

2x =

lim

x→0coshx= limx→0

ex+e−x =

Ta có:

a1 =

a+b

2 =

bcoshα+b

2 =

b(1 + coshα)

2 =bcosh 2α

2,

b1 =

p a1b =

r

b2cosh2 α

2 =bcosh

α

2,

a2 =

bcosh2 α

2 +bcosh

α

2

2 =bcosh

α

2

1 + cosh α

2 =bcosh

α

2 cosh α

(12)

b2 =

p a2b1 =

r

b2cosh2 α cosh

2 α

22 =bcosh

α

2 cosh

α

22,

Bằng phương pháp quy nạp ta dễ dàng chứng minh được:

an=b

coshα 2.cosh

α

22 cosh

α

2n−1

cosh2 α

2n,∀n= 2,3,

bn =bcosh

α

2.cosh

α

22 cosh

α

2n−1 cosh

α

2n,∀n= 2,3, Theo công thức coshx= sinh 2x

2 sinhx (vớisinhx6= 0), ta có bn =b

sinhα

2 sinhα

sinhα 2 sinh α

22

· · ·

sinh α 2n−2 sinh α

2n−1

sinh α 2n−1 sinh α

2n

= bsinhα 2nsinh α

2n

Do

lim

n→∞

bn= lim n→∞

bsinhα

2nsinh α

2n

=bsinhα α nlim→∞

α

2n

sinh α 2n

=bsinhα α

Từ an=bncosh

α

2n ta có

lim

n→∞

an= lim n→∞

bn lim n→∞cosh

α

2n =b

sinhα α

Bài tốn 10 (Đề thi Ơlympic 30/04/2004) Cho hai số dương a, bkhông đổi thỏa mãn a < b Xét dãy số (an) (bn) sau

a1 =

a+b

2 , b1 =

p

a1b, a2 =

a1+b1 , b2 =

p

a2b1, , an=

an−1+bn−1 , bn=

p

anbn−1

Tìm lim

n→+∞an, n→lim+∞bn

Hướng dẫn Bài toán trường hợp đặc biệt toán Bài tốn 11 (Điều hịa cùng-nhân lệch) Cho dãy số (an)

+∞ n=1, (bn)

+∞

n=1 xác định

sau:

a1 >0, b1 >0, an+1 =

an

+

bn

, bn+1 =

p

an+1bn (∀n= 1,2, )

Tìm lim

n→∞

an, lim n→∞

bn

Giải.Từ giả thiết suy an>0, bn>0,∀n= 1,2, Ta có

1

an+1 =

1

an

+

bn

2 ,

bn+1 =

s

1

an+1

.1 bn

(13)

Vậy đặt

an

=xn,

1

bn

=yn Khi

x1 =

a1

>0, y1 =

b1

>0, xn+1 =

xn+yn

2 , yn+1 =

√x n+1yn Đến ta sử dụng kết tốn

Lưu ý Ngồi cách giải ta cịn giải trực tiếp kết

Bài toán 12 (HSG Quốc gia - 1993 - Bảng A) Cho a0 = 2, b0 = Lập hai dãy số (an) (bn) với n= 0,1,2, theo quy tắc sau

an+1 =

2anbn

an+bn

, bn+1 =

p

an+1bn

Chứng minh dãy (an) (bn) có giới hạn chung n dần tới dương vơ cực Tìm giới hạn chung

Hướng dẫn Bài toán trường hợp riêng toán 11

Bài toán 13 (Nhân cùng-cộng lệch) Cho trước hai số dương avà b Xét hai dãy số(an) (bn) sau:

a1 =a, b1 =b, an+1 =

p

anbn, bn+1 =

an+1+bn

2

Chứng minh hai dãy số cho có giới hạn hữu hạn hai giới hạn Giải.Bằng quy nạp, dễ dàng suy với n ∈N∗

ta có an>0và bn>0 Trường hợp a=b Khi an=a=bn,∀n= 1,2, , suy

lim

n→+∞

an = lim n→+∞

bn

Trường hợp a > b Khi a1 > b1 Giả sử ak> bk (với k ∈N∗) Khi

bk<

p

akbk < ak⇒bk< ak+1 < ak Suy

bk =

bk+bk

2 <

ak+1+bk

2 <

ak+bk

2 <

ak+ak

2 =ak⇒bk < bk+1 < ak

Do

bk+1 =

ak+1+bk

2 <

ak+1+bk+1

2 ⇒2bk+1 < ak+1+bk+1 ⇒ak+1> bk+1

Theo nguyên lí quy nạp suy

(14)

Do

an+1 =

p

anbn<√anan=an, bn+1 =

an+1+bn

2 >

bn+1+bn

2 ⇒bn+1 > bn

Vậy

b=b1 < b2<· · ·< bn < bn+1 < an+1 < an<· · ·< a2 < a1 =a

Suy dãy (an) giảm bị chặn số b, dãy (bn)tăng bị chặn số a, hai dãy số hội tụ Đặt lim

n→+∞

an =x, lim n→+∞

bn =y Từ bn+1 =

an+1+bn

2 ,∀n = 1,2, ,

cho n→+∞ ta

y= x+y

2 ⇔x=y⇒n→lim+∞

an = lim n→+∞

bn Trường hợp a < b Khi a1 < b1 Giả sử ak< bk (với k ∈N

) Khi

ak <

p

akbk< bk ⇒ak < ak+1< bk Suy

bk =

bk+bk

2 >

ak+1+bk

2 >

ak+bk

2 >

ak+ak

2 =ak⇒bk > bk+1 > ak

Do

bk+1 =

ak+1+bk

2 >

ak+1+bk+1

2 ⇒2bk+1 > ak+1+bk+1 ⇒ak+1< bk+1

Theo nguyên lí quy nạp suy

an < bn,∀n= 1,2, Do

an+1 =

p

anbn>√anan=an, bn+1 =

an+1+bn

2 <

bn+1+bn

2 ⇒bn+1 < bn

Vậy

a=a1 < a2 <· · ·< an < an+1 < bn+1 < bn <· · ·< b2 < b1 =b

Suy dãy (an) tăng bị chặn sốb, dãy(bn)giảm bị chặn số a, hai dãy số hội tụ Đặt lim

n→+∞

an =x, lim n→+∞

bn =y Từ bn+1 =

an+1+bn

2 ,∀n = 1,2, ,

cho n→+∞ ta

y= x+y

2 ⇔x=y⇒n→lim+∞

an = lim n→+∞

bn

Kết luận : Trong trường hợp ta có hai dãy số (an), (bn) có giới hạn hữu hạn

lim

(15)

Bài tốn 14 (Điều hồ cùng-cộng lệch) Cho trước hai số dươnga b Xét hai dãy số

(an) (bn) sau:

a1 =a, b1 =b, an+1 =

an

+

bn

, bn+1 =

an+1+bn

2

Chứng minh hai dãy số cho có giới hạn hữu hạn hai giới hạn Giải.Bằng quy nạp, dễ dàng suy với n ∈N∗

ta có an>0và bn>0 Trường hợp a=b Khi an=a=bn,∀n= 1,2, , suy

lim

n→+∞

an = lim n→+∞

bn

Trường hợp a > b Khi a1 > b1 Giả sử ak> bk (với k ∈N∗) Khi

1

ak

< bk ⇒

2

ak

< ak

+

bk

< bk

Suy

bk <

2

ak

+

bk

< ak⇒bk< ak+1 < ak

Do

bk+1 =

ak+1+bk

2 <

ak+1+ak+1

2 ⇒bk+1 < ak+1

Theo ngun lí quy nạp tốn học suy an> bn,∀n= 1,2, Vậy

1

an

+

bn

> an

+

an Do

an+1 =

an

+

bn

<

1

an

+

an

=an, bn+1 =

an+1+bn

2 >

bn+1+bn

2 ⇒bn+1 > bn

Ta viết lại

b=b1 < b2<· · ·< bn < bn+1 < an+1 < an<· · ·< a2 < a1 =a

Suy dãy (an) giảm bị chặn số b, dãy (bn)tăng bị chặn số a, hai dãy số hội tụ Đặt lim

n→+∞

an =x, lim n→+∞

bn =y Từ bn+1 =

an+1+bn

2 ,∀n = 1,2, ,

cho n→+∞ ta

y= x+y

2 ⇔x=y⇒n→lim+∞

an = lim n→+∞

bn Trường hợp a < b Khi a1 < b1 Giả sử ak< bk (với k ∈N

) Khi

1

a >

1

b ⇒

2

b <

1

a +

1

b <

2

(16)

Suy

ak<

2

ak

+

bk

< bk⇒ak< ak+1 < bk

Vậy

bk+1 =

ak+1+bk

2 >

ak+1+ak+1

2 ⇒bk+1 > ak+1

Theo ngun lí quy nạp tốn học suy an< bn,∀n= 1,2, Vậy

1

an

+

bn

< an

+

an Do

an+1 =

an

+

bn

>

1

an

+

an

=an, bn+1 =

an+1+bn

2 <

bn+1+bn

2 ⇒bn+1 < bn

Ta viết lại

a=a1 < a2 <· · ·< an < an+1 < bn+1 < bn <· · ·< b2 < b1 =b

Suy dãy (an) tăng bị chặn sốb, dãy(bn)giảm bị chặn số a, hai dãy số hội tụ Đặt lim

n→+∞

an =x, lim n→+∞

bn =y Từ bn+1 =

an+1+bn

2 ,∀n = 1,2, ,

cho n→+∞ ta

y= x+y

2 ⇔x=y⇒n→lim+∞

an = lim n→+∞

bn

Kết luận : Trong trường hợp ta có hai dãy số (an), (bn) có giới hạn hữu hạn

lim

n→+∞

an= lim n→+∞

bn

Bài toán 15 (Cộng cùng-điều hoà lệch) Cho trước hai số dương a b Xét hai dãy số

(an) (bn) sau:

a1 =a, b1 =b, an+1 =

an+bn

2 , bn+1 =

an+1 +

bn

Chứng minh hai dãy số cho có giới hạn hữu hạn hai giới hạn Hướng dẫn Đặt

an

=xn,

1

bn

=yn Ta đươc

xn+1=

xn

+

yn

, yn+1 =

xn+1+yn

2

(17)

Bài toán 16 (Nhân cùng-điều hoà lệch) Cho trước hai số dương a b Xét hai dãy số (an) (bn) sau:

a1 =a, b1 =b, an+1 =

p

anbn, bn+1 =

2

an+1 +

an

Chứng minh hai dãy số cho có giới hạn hữu hạn hai giới hạn Hướng dẫn Đặt

an

=xn,

1

bn

=yn Ta đươc

xn+1 =√xnyn, yn+1 =

xn+1+yn

2

Sau sử dụng kết tốn 13

Bài tốn 17 (Trung bình bậc r cùng-nhân lệch) Cho r 6= 0, a >0, b >0, xét dãy

số (an)

+∞

n=0 (bn) +∞

n=0 sau:

a0 =a, b0 =b, an+1 =

arn+brn

2

r

, bn+1 =

p

an+1bn (∀n = 0,1,2, ) Tìm lim

n→+∞

an lim n→+∞

bn Giải

Trường hợp 1: r >0

Trường hợp 1.1: a=b Khi an=a=bn,∀n ∈N.Suy

lim

n→∞

an= lim n→∞

bn= Trường hợp 1.2: a < b Khi

ar< br ⇒0< a

r

br <1 Do đặt

ar

br = cosv

0< v < π

2

Ta có

ar1=

ar+br

2 =

brcosv+br

2 =

br(1 + cosv)

2 =b

rcos2 v 2,

br1 =

p a1b

r

=

r b2cos2r

v

2

r

=bcos1r

v

2

r

=brcosv 2,

ar2=

brcos2 v 2+b

rcos v

2

2 =

brcosv

2

1 + cosv

2 =b

r

cosv 2cos

(18)

br2 =

p a2b1 =

r b2cos2r

v cos r v 22 r

=brcosv 2cos

v

22,

ar3=

brcosv

2cos v

22 +b

rcos v

2cos

v

22

2 =b

r

cosv 2cos

v

22 cos v

23,

b3 =

p

a3b2 =brcos

v

2cos

v

22 cos

v

23

Bằng phương pháp quy nạp ta dễ dàng chứng minh được:

arn=brcos v 2cos

v

22· · ·cos

v

2n−1

cos2 v

2n,∀n= 2,3,

brn=brcosv 2cos

v

22 · · ·cos

v

2n−1 cos

v

2n,∀n= 2,3, Theo công thức cosx = sin 2x

2 sinx (với sinx6= 0), ta có brn=br sinv

2 sin v

sinv 2 sin v

22

· · ·

sin v 2n−2 sin v

2n−1

sin v 2n−1 sin v

2n

=br sinv

2nsin v

2n

Do

lim

n→∞b r

n=br lim n→∞

sinv

2nsin v

2n

=brsinv v nlim→∞

v

2n

sin v 2n

=brsinv v

Từ ar

n=brncos

v

2n ta có

lim

n→∞

arn= lim

n→∞

brncos v 2n

= lim

n→∞

brn lim

n→∞cos

v

2n = limn→∞

brn=brsinv v

Do

lim

n→∞

an= lim n→∞

bn=b

sinv v

1r

Trường hợp 1.3: a > b >0 Khi a r

br >1 Gọi α số để

ar

br = coshα Ta có

ar1 =

ar+br

2 =

brcoshα+br

2 =

br(1 + coshα)

2 =b

rcosh2 α 2,

br1 =

p a1b

r

=

r

b2cosh2r

α

2

r

=brcosh α 2,

ar2 =

brcosh2α +b

rcoshα

2

2 =b

r

coshα

1 + cosh α

2 =b

r

coshα cosh

(19)

br2 =

r

b2cosh2r

α

2 cosh

2

r

α

22

r

=brcoshα cosh

α

22,

Bằng phương pháp quy nạp ta dễ dàng chứng minh được:

arn=brcoshα 2.cosh

α

22 cosh

α

2n−1

cosh2 α

2n,∀n= 2,3,

br n=b

rcoshα

2.cosh

α

22 cosh

α

2n−1 cosh

α

2n,∀n= 2,3, Theo công thức coshx= sinh 2x

2 sinhx (vớisinhx6= 0), ta có br

n=br

sinhα

2 sinhα

sinhα 2 sinh α

22

· · ·

sinh α 2n−2 sinh α

2n−1

sinh α 2n−1 sinh α

2n

= b

rsinhα

2nsinh α

2n

Do

lim

n→∞

br

n= lim n→∞

brsinhα

2nsinh α

2n

=brsinhα

α nlim→∞

α

2n

sinh α 2n

=brsinhα

α

Từ ar

n=brncosh

α

2n ta có

lim

n→∞

arn = lim

n→∞

brn lim

n→∞cosh

α

2n =b

rsinhα

α

Bởi

lim

n→∞

an= lim n→∞

bn =b

sinhα α

1r

Trường hợp 2: r <0

Trường hợp 2.1: a=b Khi an=a=bn,∀n ∈N.Suy

lim

n→∞an= limn→∞bn= Trường hợp 2.2: a > b Khi

ar< br ⇒0< a

r

br <1 Do đặt

ar

br = cosv

0< v < π

2

Tương tự trường hợp 1.2, ta chứng minh

lim

n→∞

an= lim n→∞

bn=b

sinv v

1r

(20)

Trường hợp 2.3: a < b Khi a

r

br >1 Gọi α số để

ar

br = coshα Tương tự trường hợp 1.3, ta chứng minh

lim

n→∞

an= lim n→∞

bn =b

sinhα α

1r

Lưu ý Bài toán trường hợp riêng toán 17 r = Bài toán 11 trường hợp riêng tốn 17 r =−1 Bài tốn 13 xem bổ sung cho trường hợp

r = 0chưa xét toán 17 0.1.3 Phối hợp ba, bốn dãy số

Bài toán 18 Cho ba số thực a, b, c Xét dãy số (xn)

+∞ n=1, (yn)

+∞ n=1, (zn)

+∞

n=1 sau:

x1 =a, y1 =b, z1 =c,

xn+1 =

yn+zn

2 , yn+1 =

zn+xn

2 , zn+1 =

xn+yn

2 ,∀n= 1,2,

Chứng minh dãy số hội tụ tính giới hạn chúng Giải.Với n= 2,3, Ta có

xn+yn+zn =

yn−1+zn−1

2 +

zn−1 +xn−1

2 +

xn−1+yn−1

2 =xn−1+yn−1 +zn−1

Sử dụng liên tiếp kết ta thu được:

xn+yn+zn=xn−1+yn−1+zn−1 =· · ·=x1+y1 +z1 =a+b+c (1)

Đặt M =a+b+c, từ (1) ta có

yn+zn=

zn−1+xn−1

2 +

xn−1+yn−1

2 =

xn−1 +yn−1 +zn−1

2 +

xn−1 = a+b+c

2 +

xn−1 =

M

2 +

xn−1

2 ,∀n = 2,3,

Suy

xn =M−(yn+zn) =

1 2M −

1

2xn−1,∀n= 2,3,

Sử dụng liên tiếp kết ta thu được:

xn =

M

2 −

xn−1 =

M

2 −

M

2 −

xn−2

=M

1 −

1 22

+ 22xn−2 =M

1 −

1 22

+ 22

M

2 −

xn−3

=M

1 2−

1 22 +

1 23

(21)

=· · ·=M

1 2−

1 22 +

1

23 − · · ·+ (−1)

n−1 2n−1

+ (−1)n 2n−1x1

= M

1 + 2n−1 +1

2

+(−1)

n

2n−1 x1 =

M

3

1 + 2n−1

+(−1)

n

2n−1 a,∀n= 2,3,

Ta có

lim

n→+∞

2n−1 = 0, n→lim+∞

(−1)n

2n−1

= lim

n→+∞

2n−1 = 0⇒n→lim+∞ (−1)n

2n−1 =

Do

lim

n→∞xn= limn→∞

M

3

1 + 2n−1

+ (−1)

n

2n−1 a

= M =

a+b+c

3

Tương tự ta chứng minh

lim

n→∞

yn = lim n→∞

zn=

a+b+c

3

Cách khác Ta có

xn−yn=

yn−1+zn−1

2 −

zn−1+xn−1

2 =−

1

2(xn−1−yn−1),∀n ≥2

Do

xn−yn =

−12

n−1

(a−b)⇒ lim

n→∞(

xn−yn) = Tương tự ta chứng minh

lim

n→∞(

yn−zn) = 0, lim n→∞(

zn−xn) = Ta có

xn−

a+b+c

3

=

xn−

xn−1+yn−1 +zn−1

=

yn−1−xn−1

6 +

zn−1 −xn−1

≤ 16|xn−1−yn−1|+

6|xn−1 −zn−1|

Do lim

n→∞

xn=

a+b+c

3 Tương tự ta chứng minh lim

n→∞

yn =

a+b+c

3 , nlim→∞

zn=

a+b+c

3

Bài toán 19 Cho3 số dương a, b, c Lập3 dãy(un)

+∞ n=1, (vn)

+∞ n=1,(wn)

+∞

n=1 theo quy luật sau:

u1 =a, v1 =b, w1 =c

(22)

Tìm lim

n→∞

un, lim n→∞

vn, lim n→∞

wn Hướng dẫn

Cách Giải trực tiếp, tương tự toán 18

Cách Dễ thấy với mọin = 1,2, un >0, >0, wn>0 Do từ giả thiết ta có

lnun+1 =

lnvn+ lnwn

2 , lnvn+1 =

lnwn+ lnun

2 , lnwn+1 =

lnun+ lnvn

2

Gọi xn= lnun, yn= lnvn, zn= lnwn.Khi

x1 = lna, y1 = lnb, z1 = lnc,

xn+1 =

yn+zn

2 , yn+1 =

zn+xn

2 , zn+1 =

xn+yn

2 ,∀n= 1,2,

Đến ta sử dụng toán 18

Bài toán 20 Cho số dương a, b, c Lập dãy (un)

+∞ n=1,(vn)

+∞ n=1,(wn)

+∞

n=1 theo quy luật sau:

u1 =a, v1 =b, w1 =c

un+1 =

2vnwn

vn+wn

, vn+1 =

2wnun

wn+un

, wn+1 =

2unvn

un+vn

(n= 1,2, )

Tìm lim

n→∞

un, lim n→∞

vn, lim n→∞

wn Hướng dẫn Đặt

un

=xn,

1

vn

=yn,

1

wn

=zn.Khi

x1 =

a, y1 =

1

b, z1 =

1

c, xn+1 =

yn+zn

2 , yn+1 =

zn+xn

2 , zn+1 =

xn+yn

2 ,∀n= 1,2,

Đến ta sử dụng toán 18

Bài toán 21 Cho ba số dương a, b, c cho r 6= Xét ba dãy số (xn)

+∞ n=1, (yn)

+∞ n=1, (zn)

+∞ n=1

như sau: x1 =a, y1=b, z1 =c với n = 1,2,

xn+1 =

yr

n+znr

2

1r

, yn+1 =

zr

n+xrn

2

1r

, zn+1 =

xr

n+ynr

2

1r

Chứng minh dãy số hội tụ tính giới hạn chúng

Giải Dễ thấy với n = 1,2, xn >0, yn >0, zn >0 Gọi Gọi M =ar+br+cr Khi với n = 1,2, , ta có

xrn+1+y

r n+1+z

r

n+1 =x

r n+y

r n+z

r

n =· · ·=x r

1+y

r

1+z

r

1 =a

(23)

Do

ynr+1+z

r n+1 =

zr n+xrn

2 +

xr n+ynr

2 =

1 2(x

r n+y

r n+z

r n) +

xr n

2 =

M

2 +

xr n

2

⇒M −xrn+1 =

M

2 +

xr n

2 ⇒x

r

n+1 =−

xr n

2 +

M

2

Đặt xr

n =gn Khi

gn+1 =− 2gn+

M

2 ,∀n = 1,2,

Bởi quy nạp ta chứng minh được:

gn =

M

3 −a

r

−12

n

+ M

3 ,∀n= 1,2,

Do lim

n→∞gn =

M

3 Suy nlim→∞xn=

M

3

1r

Tương tự ta chứng minh được:

lim

n→∞yn= limn→∞zn =

M

3

1r

Vậy

lim

n→∞

xn= lim n→∞

yn = lim n→∞

zn=

ar+br+cr

3

1r

Nhận xét Các toán 18, 19 trường riêng toán 21 ứng với r = 1,

r =−1 Bài tốn20 xem bổ sung cho trường hợp r= không xét tập 21

Bài toán 22 Cho bốn số thực a, b, c, d Lập bốn dãy số (xn)

+∞ n=1, (yn)

+∞ n=1, (zn)

+∞ n=1, (gn)

+∞ n=1

theo quy luật sau: x1 =a, y1 =b, z1 =c, g1 =d

xn+1 =

yn+zn+gn

3 , yn+1 =

zn+gn+xn

3 ,∀n= 1,2,

zn+1 =

gn+xn+yn

3 , gn+1 =

xn+yn+zn

3 ,∀n= 1,2,

Tìm

lim

n→∞

xn, lim n→∞

yn, lim n→∞

zn, lim n→∞

gn Giải.Với n= 2,3, Ta có

xn+yn+zn+gn =

yn−1+zn−1+gn−1

3 +

zn−1 +gn−1 +xn−1

+gn−1+xn−1 +yn−1

3 +

+xn−1+yn−1 +zn−1

(24)

Sử dụng liên tiếp kết ta thu được:

xn+yn+zn+gn=xn−1 +yn−1+zn−1 +gn−1 =· · ·=a+b+c+d (1)

Đặt M =a+b+c+d, từ (1) ta có

yn+zn+gn=

zn−1 +gn−1+xn−1

3 +

gn−1+xn−1+yn−1

+ xn−1 +yn−1+zn−1

3 =

2(a+b+c+d)

3 +

xn−1 = 2M

3 +

xn−1

3 ,∀n= 2,3,

Suy

xn =M −(yn+zn+gn) =

1 3M −

1

3xn−1,∀n= 2,3,

Sử dụng liên tiếp kết ta thu được:

xn =

M

3 −

xn−1 =

M

3 −

M

3 −

xn−2

=M

1 −

1 32

+ 32xn−2 =M

1 −

1 32

+ 32

M

3 −

xn−3

=M

1 3−

1 32 +

1 33

− 313xn−3 =· · ·=M

1 3−

1 32 +

1

33 − · · ·+ (−1)

n−1 3n−1

+ (−1)n 3n−1x1

= M

1 + 3n−1 +1

3

+(−1)

n

3n−1 x1 =

M

4

1 + 3n−1

+(−1)

n

3n−1 a,∀n= 2,3,

Ta có

lim

n→+∞

3n−1 = 0, n→lim+∞

(−1)n

3n−1

= lim

n→+∞

3n−1 = 0⇒n→lim+∞ (−1)n

3n−1 =

Do

lim

n→∞

xn= lim n→∞

M

4

1 + 3n−1

+(−1)

n

3n−1 a

= M =

a+b+c+d

4

Tương tự ta chứng minh

lim

n→∞yn= limn→∞zn= limn→∞gn =

a+b+c+d

4

Bài toán 23 Cho a, b, c, d ∈(0; +∞) Lập bốn dãy số (un)

+∞ n=1, (vn)

+∞

n=1, (wn) +∞ n=1, (tn)

+∞ n=1

theo quy luật sau: u1 =a, v1=b, w1 =c, t1=d

un+1 =

3

vnwntn, vn+1 =

3

wntnun, wn+1 =

3

(25)

Hướng dẫn Dễ thấy với n = 1,2, un > 0, > 0, wn > 0, tn > Gọi xn =

lnun, yn= lnvn, zn = lnwn gn = lntn Khi

x1 = lna, y1 = lnb, z1 = lnc, g1 = lnd,

xn+1 =

yn+zn+gn

3 , yn+1 =

zn+gn+xn

3 ,∀n= 1,2,

zn+1 =

gn+xn+yn

3 gn+1 =

xn+yn+zn

3 ,∀n= 1,2,

Đến ta sử dụng toán 22

Bài toán 24 Cho bốn số dươnga, b, c, d Lập bốn dãy số (un)

+∞ n=1, (vn)

+∞ n=1,(wn)

+∞ n=1, (tn)

+∞ n=1

theo quy luật sau: u1 =a, v1=b, w1 =c, t1=d

un+1 =

3vnwntn

vnwn+wntn+tnvn

, vn+1 =

3wntnun

wntn+tnun+unwn

,∀n = 1,2, wn+1 =

3tnunvn

tnun+unvn+vntn

, tn+1 =

3unvnwn

unvn+vnwn+wnun

,∀n= 1,2,

Chứng minh dãy số hội tụ tìm giới hạn chúng Hướng dẫn Đặt

un

=xn,

1

vn

=yn,

1

wn

=zn,

1

tn

=gn Khi

x1 =

a, y1 =

1

b, z1 =

1

c, g1 =

1

d, xn+1 =

yn+zn+gn

3 , yn+1 =

zn+gn+xn

3 ,∀n= 1,2,

zn+1 =

gn+xn+yn

3 gn+1 =

xn+yn+zn

3 ,∀n= 1,2,

Đến ta sử dụng toán 22

Bài toán 25 Cho bốn số dương a, b, c, d cho r 6= Xét bốn dãy số (xn)

+∞ n=1, (yn)

+∞ n=1, (zn)

+∞ n=1, (tn)

+∞

n=1 sau: x1 =a, y1=b, z1 =c, t1 =d

xn+1 =

yr

n+znr +trn

3

1r

, yn+1 =

zr

n+trn+xrn

3

1r

, ∀n = 1,2, zn+1 =

tr

n+xrn+yrn

3

r

, tn+1 =

xr

n+ynr+znr

3

r

,∀n = 1,2,

Chứng minh dãy số hội tụ tính giới hạn chúng

Giải Dễ thấy với n = 1,2, xn > 0, yn > 0, zn > 0, tn > Gọi M =

ar+br+cr+dr Khi với mọi n= 1,2, , ta có

xrn+1+y

r n+1+z

r n+1+t

r

n+1 =x

r n+y

r n+z

r n+t

r

n=· · ·=x r

1 +y

r

1+z

r

1+t

r

(26)

Vậy

ynr+1+z

r n+1+t

r n+1 =

zr

n+trn+xrn

3 +

tr

n+xrn+yrn

3 +

xr

n+ynr+znr

3 = x

r n

3 + (xr

n+ynr +zrn+trn)

3 =

xr n

3 + 2M

3

⇒M −xrn+1 =

xrn

3 + 2M

3 ⇒x

r

n+1 =−

xrn

3 +

M

3

Đặt xrn=gn Khi gn+1 =− 3gn+

M

3 ,∀n= 1,2, Do quy nạp ta chứng minh

được:

gn =

M

4 −a

r

−13

n

+ M

4 ,∀n= 1,2,

Bởi lim

n→∞

gn =

M

4 Suy nlim→∞

xn=

M

4

1r

Tương tự ta chứng minh được:

lim

n→∞

yn= lim n→∞

zn = lim n→∞

tn=

M

4

r

Vậy

lim

n→∞

xn= lim n→∞

yn= lim n→∞

zn= lim n→∞

tn =

ar+br+cr+dr

4

1r

Nhận xét Ta mở rộng cho k (k ≥2) dãy số Trong lời giải việc tìm bất biến quan trọng, giúp ta tính giới hạn dãy số Chẳng hạn toán trang có bất biến

anbn =· · ·=a1b1 =ab,∀n= 1,2,

cịn tốn 22 trang 24 có bất biến

xn+yn+zn+gn=xn−1 +yn−1+zn−1 +gn−1 =· · ·=a+b+c+d

Bài toán 26 (Đề nghị Olympic 30/04/2011) Cho ba số thực dương a, b, c dãy

số (un),(vn),(wn) sau: u0 =a, v0 =b, w0 =c với n∈N, ta có

un+1 =

un+vn+wn

3 , vn+1 =

3

√u

nvnwn, wn+1 =

3

un

+

vn

+

wn

Chứng minh ba dãy số cho hội tụ chúng có giới hạn

Giải.Dễ thấy với n ∈N un>0, vn>0, wn >0 Theo bất đẳng thức a1+a2 +· · ·+an

n ≥

n

√a

1a2 an≥

n

1

a1 +

a2

+· · ·+

an

(27)

suy rau1 ≥v1 ≥w1 Bằng quy nạp, ta dễ dàng suy

un≥ ≥wn,∀n = 1,2, (*) Từ (*) suy với n∈N∗

, ta có

un+1 =

un+vn+wn

3 ≤un

1

un

+

vn

+

wn ≤

3

wn ⇒

wn+1 =

3

un

+

vn

+

wn

≥wn

Do 0< wn≤wn+1 ≤un+1 ≤un,∀n = 1,2, Hay viết rõ

0<

1

a +

1

b +

1

c

=w1 ≤w2 ≤ · · · ≤wn+1

≤un+1 ≤un ≤ · · · ≤u2 ≤u1 =

a+b+c

3

Nghĩa kể từ số hạngw1, dãy số (wn)tăng bị chặn

a+b+c

3 nên hội tụ Kể từ

số hạng u1, dãy số(un)giảm bị chặn

3

a +

1

b +

1

c

nên hội tụ Gọi lim

n→∞

un=α, lim n→∞

wn=λ, λ >0, λ≤α

0< λ≤ lim

n→∞

vn= lim n→∞(3

un+1−un−wn) = 3α−α−λ= 2α−λ Vậy dãy (vn) hội tụ lim

n→∞

vn = 2α−λ Suy

(2α−λ)3

= lim

n→∞

vn3 = lim

n→∞

vn3+1 = lim

n→∞(

unvnwn) =α(2α−λ)λ

⇒(2α−λ)2

=αλ⇔4α2−5αλ+λ2 = 0⇔(α−λ) (4α−λ) = 0⇔α=λ

(ta loại trường hợp 4α−λ= 0vì mâu thuẫn với λ >0, λ≤ α) Suy

lim

n→∞

vn= 2α−λ =α Vậy ba dãy số (un),(vn), (wn)hội tụ lim

n→∞un= limn→∞vn= limn→∞wn

Bài toán 27 Cho ba dãy số (un), (vn), (wn) sau: u0 >0, v0 >0, w0 >0

wn+1 =

3unvnwn

unvn+vnwn+wnun

, vn+1 =

unvn+vnwn+wnun

un+vn+wn

, un+1 =

un+vn+wn

3

(28)

Giải.Dễ thấy với n ∈N un>0, vn>0, wn >0,

un+1vn+1wn+1 =unvnwn =· · ·=u0v0w0

Với n∈N, ta có un+1−vn+1 =

un+vn+wn

3 −

unvn+vnwn+wnun

un+vn+wn

= u

n+v

2

n+w

2

n−(unvn+vnwn+wnun)

3 (un+vn+wn) ≥

0 vn+1−wn+1 =

(unvn)2+ (vnwn)2 + (wnun)2

(un+vn+wn)(unvn+vnwn+wnun)− − (unvn)(vnwn) + (vnwn)(wnun) + (unvn)(wnun)

(un+vn+wn)(unvn+vnwn+wnun) ≥

0

Vậy n∈N∗

, ta có un≥vn≥wn Do mọin ∈N∗, ta có

un+1−un=

un+vn+wn

3 −un=

(vn−un) + (wn−un)

3 ≤0

Như ta có

0< 3u0v0w0 u0v0+v0w0+w0u0

=w1≤w2 ≤ · · · ≤wn ≤un≤ · · · ≤u1 =

u0 +v0+w0

Như vậy, kể từ số hạng w1 dãy số (wn)tăng bị chặn

u0+v0+w0

3 nên hội tụ

Kể từ số hạng u1, dãy số(un)giảm bị chặn

3u0v0w0

u0v0+v0w0 +w0u0

nên hội tụ Gọi

lim

n→∞un=α, nlim→∞wn =λ, λ >0, λ≤α 0< λ≤ lim

n→∞

vn= lim n→∞(3

un+1−un−wn) = 3α−α−λ= 2α−λ Do từ vn+1 =

unvn+vnwn+wnun

un+vn+wn

,∀n ∈N, chon →+∞ ta

2α−λ = α(2α−λ) + (2α−λ)λ+λα

α+λ+ 2α−λ =

2λα−λ2 + 2α2 3α

⇔4α2 −5λα+λ2 = 0⇔(α−λ) (4α−λ) = 0⇔

λ=α

4α =λ

Trường hợp 1: 4α =λ Khi

lim

n→∞vn = 2α−λ=

λ

2 −λ=−

λ

2 <0,

điều mâu thuẫn với Vậy trường hợp (1) xảy (ta lý luận cách khác từ 4α=λ suy mâu thuẫn vớiλ >0, λ≤α)

Trường hợp 2: λ=α Khi

lim

n→∞

(29)

Do

lim

n→∞

un= lim n→∞

vn = lim n→∞

wn=α Từ unvnwn=u0v0w0,∀n∈N, cho n→+∞ suy

α3 =u0v0w0⇒ lim

n→∞

un= lim n→∞

vn= lim n→∞

wn =√3u0v0w0

Ngày đăng: 22/05/2021, 17:16

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

  • Đang cập nhật ...

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w