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109 政大微積分 Part I 第 8 題

考題 / 轉學考微積分 / 政大 / 微積分

109學年度 · 109微積分 · 第 8 題

題目

Problem

Define a sequence {an}n=1∞\{a_n\}_{n=1}^{\infty} as follows. Let a1=1a_1=1 and an+1=0.5an+1na_{n+1}=0.5a_n+\frac{1}{n} for n≥2n\ge 2. Which of the following statement is true?

(a) lim⁡n→∞an=1\lim_{n\to\infty}a_n=1.

(b) lim⁡n→∞an=∞\lim_{n\to\infty}a_n=\infty.

(c) lim⁡n→∞an/n=0\lim_{n\to\infty}a_n/n=0.

(d) ∑n=1∞nan<∞\sum_{n=1}^{\infty}na_n<\infty.

(e) None of the above statements is true.

題目勘誤

官方原題:原題給出 a1=1a_1=1,但遞迴式只對 n≥2n\ge2 成立。

實際上應為:a2a_2 未被定義,故此序列無法由原題唯一決定;不能據此推定命題者欲採用的起始索引。

本頁保留官方原題及忠實翻譯,未替換原題條件。

解答

若遞迴關係自第二項起成立,將它改寫為

an+1−12an=1n.a_{n+1}-\frac12a_n=\frac1n.

右邊趨近 00,而齊次部分每次只保留前一項的一半。因此不論有限的 a2a_2 為何,遞迴序列都會趨近 00;特別地,

lim⁡n→∞ann=0.\lim_{n\to\infty}\frac{a_n}{n}=0.

所以 (c) 成立。另一方面,ana_n 約為 2/n2/n,故 nanna_n 不會趨近零,級數 ∑nan\sum na_n 不可能收斂。

因此,若補充 a2a_2 為任意有限實數,則 (c) 成立;但官方原題本身未能唯一決定此序列。