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 · 18번우리말 번역

다음 수열 {ak}\big\{a_k\big\} 의 극한이 존재하면 구하세요. 단,

ak=k!sin⁡3k(k+1)!a_k=\frac{k!\sin^3 k}{(k+1)!}

영어 원문 보기

Find the limit, if it exists, of the sequence {ak}\big\{a_k\big\}, where

ak=k!sin⁡3k(k+1)!a_k=\frac{k!\sin^3 k}{(k+1)!}

정답·풀이 보기

먼저 식을 간단히 한다. 0 이상의 정수 nn 에 대해 n!=n(n−1)(n−2)⋯(2)(1)n! = n(n-1)(n-2)\cdots(2)(1) 이므로 (k+1)!=(k+1)k!(k+1)!=(k+1)k! 이다.

ak=k!sin⁡3k(k+1)!=k!sin⁡3k(k+1)k!=sin⁡3kk+1\begin{aligned} a_k&=\frac{k!\sin^3k}{(k+1)!}=\frac{k!\sin^3k}{(k+1)k!} = \frac{\sin^3 k}{k+1} \end{aligned}

이제 조임 정리를 사용할 수 있다.

  • 모든 kk 에 대해 −1≤sin⁡k≤1-1 \leq \sin k \leq 1 이므로 −1≤sin⁡3k≤1-1 \leq \sin^3k \leq 1 이다. bk=−1k+1b_k = \frac{-1}{k+1}, ck=1k+1c_k = \frac{1}{k+1} 이라 하면 bk≤ak≤ckb_k \leq a_k \leq c_k 이다.
  • lim⁡k→∞bk=0\lim\limits_{k \to \infty}b_k=0 이고 lim⁡k→∞ck=0\lim\limits_{k \to \infty}c_k=0 이다.

따라서 조임 정리에 의해 lim⁡k→∞ak=0\displaystyle\lim_{k\to\infty} a_k=0 이다.

원본 교재 풀이(영어)

First, we simplify. Remember n!=n(n−1)(n−2)⋯(2)(1)n! = n(n-1)(n-2)\cdots(2)(1) for any whole number nn, so (k+1)!=(k+1)k!(k+1)!=(k+1)k! .

ak=k!sin⁡3k(k+1)!=k!sin⁡3k(k+1)k!=sin⁡3kk+1\begin{aligned} a_k&=\frac{k!\sin^3k}{(k+1)!}=\frac{k!\sin^3k}{(k+1)k!} = \frac{\sin^3 k}{k+1} \end{aligned}

Now, we can use the squeeze theorem.

  • −1≤sin⁡k≤1-1 \leq \sin k \leq 1 for all kk, so −1≤sin⁡3k≤1-1 \leq \sin^3k \leq 1. Let bk=−1k+1b_k = \frac{-1}{k+1} and ck=1k+1c_k = \frac{1}{k+1}. Then bk≤ak≤ckb_k \leq a_k \leq c_k.
  • Both lim⁡k→∞bk=0\lim\limits_{k \to \infty}b_k=0 and lim⁡k→∞ck=0\lim\limits_{k \to \infty}c_k=0.

So, by the squeeze theorem, also lim⁡k→∞ak=0\displaystyle\lim_{k\to\infty} a_k=0.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 3.1절 · 19번우리말 번역

수열 {(−1)nsin⁡(1n)}\Big\{(-1)^n\sin\big(\frac{1}{n}\big)\Big\} 을 생각하세요. 이 수열이 수렴하는지 발산하는지 말하고, 수렴하면 그 극한을 쓰세요.

다 풀었으면 정답 확인

lim⁡n→∞(−1)n\lim\limits_{n\to \infty} (-1)^n 은 존재하지 않지만, 모든 nn 에 대해 −1≤(−1)n≤1-1 \leq (-1)^n\leq 1 임에 주목한다. 조임 정리를 사용하자.

  • an=−sin⁡(1n)a_n=-\sin\left(\frac{1}{n}\right), bn=sin⁡(1n)b_n=\sin\left(\frac{1}{n}\right) 이라 하면 an≤(−1)nsin⁡(1n)≤bna_n\leq (-1)^n\sin\left(\frac{1}{n}\right) \leq b_n 이다.
  • lim⁡n→∞1n=0\lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{n}=0 이고 sin⁡0=0\sin 0=0 이므로, lim⁡n→∞−sin⁡(1n)=0\lim\limits_{n \to \infty} -\sin\left(\frac{1}{n}\right)=0 이고 lim⁡n→∞sin⁡(1n)=0\lim\limits_{n \to \infty} \sin\left(\frac{1}{n}\right)=0 이다.

조임 정리에 의해 수열 {(−1)nsin⁡1n}\left\{(-1)^n\sin\frac{1}{n}\right\} 은 00 으로 수렴한다.

이 문제로 이어서 풀기
# 수열의 수렴과 발산계산보통자동 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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