kaoyan1basic 高等数学 第2题

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📝 题目

### 【强化篇】第2题(选择题) 2.设 $a_{n}$ 是方程 $x=\tan \sqrt{x}$ 在 $\displaystyle \left((n \pi)^{2},\left(n \pi+\frac{\pi}{2}\right)^{2}\right)(n=1,2, \cdots)$ 内的根,则 $\lim _{n+\infty}\left(\sqrt{a_{n+1}}-\sqrt{a_{n}}\right)=$ ( ). (A) 0 (B)$\displaystyle \frac{\sqrt{\pi}}{2}$ (C)$\sqrt{\pi}$ (D)$\pi$

💡 答案解析

**答案**:C **解析**: 步骤1:$a_n$是$x=\tan\sqrt{x}$在$\displaystyle ((n\pi)^2,(n\pi+\frac{\pi}{2})^2)$内的根,则$\sqrt{a_n}=n\pi+\varepsilon_n$,其中$\displaystyle \varepsilon_n\in(0,\frac{\pi}{2})$。 步骤2:由$x=\tan\sqrt{x}$得$\sqrt{a_n}=\tan\sqrt{a_n}$,即$n\pi+\varepsilon_n=\tan(n\pi+\varepsilon_n)=\tan\varepsilon_n$,故$\tan\varepsilon_n=n\pi+\varepsilon_n$。 步骤3:$\displaystyle \varepsilon_n\to\frac{\pi}{2}^-$,故$\sqrt{a_{n+1}}-\sqrt{a_n}=[(n+1)\pi+\varepsilon_{n+1}]-(n\pi+\varepsilon_n)=\pi+(\varepsilon_{n+1}-\varepsilon_n)$,而$\varepsilon_{n+1}-\varepsilon_n\to0$,极限为$\pi$。 **难度**:★★★★☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:设定变量表示根的位置
由于 $a_n$ 在区间 $((n\pi)^2, (n\pi+\frac{\pi}{2})^2)$ 内,令 $\sqrt{a_n} = n\pi + \varepsilon_n$,其中 $\varepsilon_n \in (0, \frac{\pi}{2})$。
公式:$\sqrt{a_n} = n\pi + \varepsilon_n$
提示:利用区间端点确定根的大致位置。
步骤 2/4
目标:代入方程得到关系式
由 $x = \tan\sqrt{x}$ 得 $\sqrt{a_n} = \tan\sqrt{a_n}$,即 $n\pi + \varepsilon_n = \tan(n\pi + \varepsilon_n) = \tan\varepsilon_n$,故 $\tan\varepsilon_n = n\pi + \varepsilon_n$。
公式:$\tan\varepsilon_n = n\pi + \varepsilon_n$
提示:利用正切函数的周期性简化。
步骤 3/4
目标:分析 $\varepsilon_n$ 的极限行为
由 $\tan\varepsilon_n = n\pi + \varepsilon_n$,当 $n \to \infty$ 时,右边趋于无穷,故 $\varepsilon_n \to \frac{\pi}{2}^-$(因为 $\tan$ 在 $(0,\frac{\pi}{2})$ 上单调递增且趋于无穷)。
公式:$\lim_{n\to\infty} \varepsilon_n = \frac{\pi}{2}^-$
提示:注意 $\varepsilon_n$ 趋近于 $\frac{\pi}{2}$ 但小于它。
步骤 4/4
目标:计算所求极限
考虑 $\sqrt{a_{n+1}} - \sqrt{a_n} = [(n+1)\pi + \varepsilon_{n+1}] - (n\pi + \varepsilon_n) = \pi + (\varepsilon_{n+1} - \varepsilon_n)$。由于 $\varepsilon_n$ 和 $\varepsilon_{n+1}$ 都趋于 $\frac{\pi}{2}$,故 $\varepsilon_{n+1} - \varepsilon_n \to 0$,因此极限为 $\pi$。
公式:$\sqrt{a_{n+1}} - \sqrt{a_n} = \pi + (\varepsilon_{n+1} - \varepsilon_n)$
提示:利用 $\varepsilon_n$ 的极限性质。

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