数学建模社区-数学中国
标题:
数值计算一个极限可能吗?
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作者:
elim
时间:
2018-4-27 06:18
标题:
数值计算一个极限可能吗?
本帖最后由 elim 于 2018-4-27 06:28 编辑
7 r2 S" G; W6 g% K- z: l; m: q
% B8 e4 t; {8 t1 V9 H
题:\(a_1 > 0,\;a_{n+1} = \ln(1+a_n)\)求\( \lim_{n\to\infty}\frac{n(na(n)-2)}{\ln n}\)
0 D; ~9 A" m! V3 L7 M! X& H0 R
+ ?) ^% ]( |4 a% o! h2 W7 P
这个数列 Mathematica 好像拒绝计算,而数学分析证明这个序列收敛极慢,若初始值为 1, 需迭代 10^140 次才有两位有效数字。但能处理这种计算量的机器还不存在。
) _" [/ o5 u5 z1 U
5 c7 }; w6 z) q: O1 o/ k/ o5 b
对软件 pari/gp, 如何估计这种迭代的累计误差? 谢谢指教。
. B; Y' Y, T) J
1 ], z. q5 { h1 U7 x6 d
8 y# { q( t% a: ], g" t' E
作者:
elim
时间:
2018-5-2 00:25
本帖最后由 elim 于 2018-5-2 00:44 编辑
3 X) Z& y5 F A, e
. s$ [6 r2 d+ x& B+ n" N: k+ K: O
从分析的角度看,\(0 < a_{n+1} = \ln(1+a_n) < a_n,\;\{a_n\}\)是正项递减数列, 其极限满足方程\(0\le A=\ln(1+A).\;\therefore\;\lim_{n\to\infty}a_n = 0\)
% |1 Z4 r# v+ ]
9 P9 G n. e5 T0 X# y/ o# G" x; h
\(\lim_{n\to\infty} na_n = \lim_{n\to\infty}\frac{n}{a_n^{-1}}\overset{Stolz}{=}\lim_{n\to\infty}\frac{1}{a_{n+1}^{-1}-a_n^{-1}}=\lim_{n\to\infty}\frac{a_na_{n+1}}{a_n-a_{n+1}}=\lim_{x\to 0}\frac{x\ln(1+x)}{x-\ln(1+x)} = 2\)
6 j! A+ n# w# h: g- R$ @
* r6 ~( [9 i& G9 Q0 Z3 V) w
\(\lim_{n\to\infty}\frac{n-\frac{2}{a_n}}{\ln n} \overset{Stolz}{=} \lim_{n\to\infty}\frac{1-2(a_{n+1}^{-1}-a_n^{-1})}{\ln(1+\frac{1}{n})}=\lim_{n\to\infty}\frac{a_n/6 + O(a_n^2)}{\ln(1+\frac{1}{n})}=\lim_{n\to\infty}\frac{na_n}{\ln(1+\frac{1}{n})^n}=\frac{1}{3}\)
& {6 N) w: u% P' D
4 _* G( [8 P' v) n' Q/ K
\(\lim_{n\to\infty}\frac{n(na_n-2)}{\ln n} = \frac{2}{3}\)
1 V7 O2 B# H9 C$ B, k
5 D9 N* z5 E/ W5 o, ?9 |- P$ X- q
好了,现在试试编个程序算算对很大的\(n,\;\frac{n(na_n-2)}{\ln n}\)是否非常接近于 2/3?
4 ^, ?* q( n! E5 p8 Z
: e1 G7 f% Q' W. j
( V4 |1 z& u3 V& r; S# a9 p" q. X
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