浙江大学 2023年强基第13题

强基计划真题

📝 题目

已知数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 满足 $\displaystyle a_{1}=\frac{1}{2}, a_{n+1}=\frac{a_{n}}{(1-\sqrt{2})^{n+1} a_{n}+\sqrt{2}+1}\left(n \in N^{*}\right)$ ,则 $\lim _{n \rightarrow \infty} \sqrt[n]{a_{n}}=$ $\_\_\_\_$。

💡 答案解析

$\sqrt{2}-1$ ,解析:由递推公式取倒数知,$\displaystyle \frac{1}{a_{n+1}}=(1-\sqrt{2})^{n+1}+\frac{\sqrt{2}+1}{a_{n}}$ ,即 $\displaystyle \frac{1}{(\sqrt{2}+1)^{n+1} a_{n+1}}= (2 \sqrt{2}-3)^{n+1}+\frac{1}{(\sqrt{2}+1)^{n} a_{n}}$ ,故 $\displaystyle \frac{1}{(\sqrt{2}+1)^{n} a_{n}}=\frac{1}{(\sqrt{2}+1)^{1} a_{1}}+\sum_{i=2}^{n}(2 \sqrt{2}-3)^{i}=2(\sqrt{2}-1)+ \frac{(\sqrt{2}-1)^{3}}{2 \sqrt{2}}\left(1-(2 \sqrt{2}-3)^{n-1}\right)$ ,因此 $\displaystyle a_{n}=\frac{2 \sqrt{2}}{(1+\sqrt{2})^{n+1}-(1-\sqrt{2})^{n+1}}$ .计算 $$ \begin{gathered} \lim _{n \rightarrow+\infty} \sqrt[n]{a_{n}}=\lim _{n \rightarrow+\infty} \frac{(2 \sqrt{2})^{\frac{1}{n}}}{\left((1+\sqrt{2})^{n+1}-(1-\sqrt{2})^{n+1}\right)^{\frac{1}{n}}}=\lim _{n \rightarrow+\infty} \frac{1}{(1+\sqrt{2})\left(1-(2 \sqrt{2}-3)^{n+1}\right)^{\frac{1}{n}}} \\ =\frac{1}{1+\sqrt{2}}=\sqrt{2}-1 \end{gathered} $$

📋 详细解题步骤

步骤 1/6
目标:对递推公式取倒数,化简为关于1/a_n的线性递推
由a_{n+1}=a_n/[(1-√2)^{n+1}a_n+√2+1],取倒数得1/a_{n+1}=(1-√2)^{n+1}+(√2+1)/a_n。
公式:1/a_{n+1} = (1-√2)^{n+1} + (√2+1)/a_n
提示:注意分母中的系数,取倒数是处理分式递推的常用技巧。
步骤 2/6
目标:构造等比数列,消去常数项
两边同除以(√2+1)^{n+1},得1/[(√2+1)^{n+1}a_{n+1}] = (2√2-3)^{n+1} + 1/[(√2+1)^n a_n]。
公式:1/[(√2+1)^{n+1}a_{n+1}] = (2√2-3)^{n+1} + 1/[(√2+1)^n a_n]
提示:注意到(1-√2)/(√2+1)=2√2-3,其绝对值小于1。
步骤 3/6
目标:累加求和,得到1/[(√2+1)^n a_n]的表达式
令b_n=1/[(√2+1)^n a_n],则b_{n+1}=b_n+(2√2-3)^{n+1},累加得b_n=b_1+∑_{i=2}^n (2√2-3)^i。计算b_1=1/[(√2+1)a_1]=2(√2-1)。
公式:b_n = 2(√2-1) + ∑_{i=2}^n (2√2-3)^i
提示:等比数列求和公式,注意首项和公比。
步骤 4/6
目标:化简求和结果,得到b_n的封闭形式
∑_{i=2}^n (2√2-3)^i = (2√2-3)^2[1-(2√2-3)^{n-1}]/[1-(2√2-3)] = (√2-1)^3/(2√2) [1-(2√2-3)^{n-1}]。
公式:∑_{i=2}^n q^i = q^2(1-q^{n-1})/(1-q),其中q=2√2-3
提示:注意1-(2√2-3)=2√2-2,化简后得到(√2-1)^3/(2√2)。
步骤 5/6
目标:解出a_n的表达式
由b_n=1/[(√2+1)^n a_n]得a_n=1/[(√2+1)^n b_n]。代入b_n并化简得a_n=2√2/[(1+√2)^{n+1}-(1-√2)^{n+1}]。
公式:a_n = 2√2 / [(1+√2)^{n+1} - (1-√2)^{n+1}]
提示:分母是两项之差,注意符号。
步骤 6/6
目标:计算极限lim √[n]{a_n}
√[n]{a_n} = (2√2)^{1/n} / [(1+√2)^{(n+1)/n} (1-((1-√2)/(1+√2))^{n+1})^{1/n}]。当n→∞时,(2√2)^{1/n}→1,((1-√2)/(1+√2))^{n+1}→0,分母→(1+√2)^{1+1/n}→1+√2,故极限=1/(1+√2)=√2-1。
公式:lim_{n→∞} √[n]{a_n} = 1/(1+√2) = √2-1
提示:注意(1-√2)/(1+√2)的绝对值小于1,其幂趋于0。

📷 拍照上传批改

拍照上传批改功能已预留入口,后续接入图片上传、OCR识别与AI批改。