문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 수열의 극한

수열의 수렴과 발산

먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.

CLP-2 · 3.1절 · 7번우리말 번역

아래 수열들의 극한은 조임 정리를 이용하여 구할 수 있다. 각 수열에 대해, 조임 정리에 쓸 수 있는 위에서 누르는(위쪽 경계) 수열과 아래에서 받치는(아래쪽 경계) 수열을 선택하세요.

(a) an=sin⁡nna_n = \dfrac{\sin n}{n} (b) bn=n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)b_n = \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} (c) cn=(−n)−nc_n = (-n)^{-n}

영어 원문 보기

The limits of the sequences below can be evaluated using the squeeze theorem. For each sequence, choose an upper bounding sequence and lower bounding sequence that will work with the squeeze theorem.

(a) an=sin⁡nna_n = \dfrac{\sin n}{n} (b) bn=n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)b_n = \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} (c) cn=(−n)−nc_n = (-n)^{-n}

정답·풀이 보기

(a) 모든 nn 에 대해 −1≤sin⁡n≤1-1 \leq \sin n \leq 1 이므로, 가능한 위쪽 경계와 아래쪽 경계의 한 가지는 −1n≤sin⁡nn≤1n\dfrac{-1}{n}\le \dfrac{\sin n}{n}\le \dfrac{1}{n} 이다. lim⁡n→∞−1n=lim⁡n→∞1n\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{-1}{n} = \lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{1}{n} 이므로, 이 수열들은 조임 정리에 쓸 수 있는 올바른 비교 수열이다. (b) 모든 nn 에 대해 −1≤sin⁡n≤1 -1\leq \sin n \leq 1 이고 −5≤−5cos⁡n≤5 -5 \leq -5\cos n \leq 5 이므로

7−1−5≤7+sin⁡n−5cos⁡n≤7+red1+blue51≤7+sin⁡n−5cos⁡n≤13\begin{aligned} 7 -1 -5&\leq 7+ \sin n - 5 \cos n \leq 7+{red}1+{blue}5\\ 1&\leq 7+ \sin n - 5 \cos n \leq13 \end{aligned}

이를 통해 다음 경계를 시도해 볼 수 있다. n213en≤n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)≤n2en\dfrac{n^2}{13e^n} \le \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} \le \dfrac{n^2}{e^n} lim⁡n→∞n213en=lim⁡n→∞n2en\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{n^2}{13e^n} = \lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{n^2}{e^n} 임을 확인한다(둘 다 0이며, 로피탈 법칙을 이용하여 확인할 수 있다). 따라서 이 경계들은 조임 정리에 쓰기에 적절하다. 또한 0≤n213en0\le \frac{n^2}{13e^n} 이므로 다음을 쓸 수도 있다. 0≤n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)≤n2en0 \le \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} \le \dfrac{n^2}{e^n} (c) (−n)−n=1(−n)n=(−1)nnn(-n)^{-n} = \dfrac{1}{(-n)^n} = \dfrac{(-1)^n}{n^n} 이므로 −1nn≤(−n)−n≤1nn\dfrac{-1}{n^n} \le (-n)^{-n} \le \dfrac{1}{n^n} 이다. lim⁡n→∞−1nn\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{-1}{n^n} 과 lim⁡n→∞1nn\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{1}{n^n} 이 모두 0이므로, 이 경계들은 조임 정리에 쓰기에 적절하다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since −1≤sin⁡n≤1-1 \leq \sin n \leq 1 for all nn, one potential set of upper and lower bound is −1n≤sin⁡nn≤1n\dfrac{-1}{n}\le \dfrac{\sin n}{n}\le \dfrac{1}{n} Note lim⁡n→∞−1n=lim⁡n→∞1n\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{-1}{n} = \lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{1}{n}, so these are valid comparison sequences for the squeeze theorem. (b) Since −1≤sin⁡n≤1 -1\leq \sin n \leq 1 and −5≤−5cos⁡n≤5 -5 \leq -5\cos n \leq 5 for all nn, we see

7−1−5≤7+sin⁡n−5cos⁡n≤7+red1+blue51≤7+sin⁡n−5cos⁡n≤13\begin{aligned} 7 -1 -5&\leq 7+ \sin n - 5 \cos n \leq 7+{red}1+{blue}5\\ 1&\leq 7+ \sin n - 5 \cos n \leq13 \end{aligned}

This gives us the idea to try the bounds n213en≤n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)≤n2en\dfrac{n^2}{13e^n} \le \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} \le \dfrac{n^2}{e^n} We check that lim⁡n→∞n213en=lim⁡n→∞n2en\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{n^2}{13e^n} = \lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{n^2}{e^n} (they're both 0–you can verify using l'Hopital's rule), so these are indeed reasonable bounds to choose to use with the squeeze theorem. Alternatively, since 0≤n213en0\le \frac{n^2}{13e^n}, we can also use 0≤n2en(7+sin⁡n−5cos⁡n)≤n2en0 \le \dfrac{n^2}{e^n(7+\sin n - 5\cos n)} \le \dfrac{n^2}{e^n} (c) Since (−n)−n=1(−n)n=(−1)nnn(-n)^{-n} = \dfrac{1}{(-n)^n} = \dfrac{(-1)^n}{n^n}, we see −1nn≤(−n)−n≤1nn\dfrac{-1}{n^n} \le (-n)^{-n} \le \dfrac{1}{n^n} Since both lim⁡n→∞−1nn\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{-1}{n^n} and lim⁡n→∞1nn\lim\limits_{n \to \infty}\dfrac{1}{n^n} are 0, these are reasonable bounds to use with the squeeze theorem.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 3.1절 · 1번우리말 번역

수열이 그림에 나타난 대로 계속된다고 가정하고, 각 수열의 그래프로부터 수열의 극한을 어림하세요.

그림

그림

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다 풀었으면 정답 확인

(a) 수열의 값이 -2에 점점 더 가까워지는 것으로 보이므로, 이 수열의 극한을 -2로 추측한다.

(b) 전체적으로 수열의 값이 0에 매우 가까워지는 것으로 보이므로, 이 수열의 극한을 0으로 어림한다. 수열의 부호가 바뀌거나, 값이 0에서 때로는 더 멀어지고 때로는 더 가까워지는 것은 상관없다.

(c) 이 극한은 존재하지 않는다. 수열이 어떤 때는 0이고 어떤 때는 -2이며, 어느 한 값에 일관되게 매우 가까이 머물지 않는다.

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# 수열의 수렴과 발산계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)

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