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数学

关于和式极限的求解方法

/ 更新于 2025.12.26

积分类

根据定义(黎曼和)

lim⁡n→∞∑i=1nf(ξi)△xi=∫abf(x)dx\lim_{n \to \infty} \sum_{i = 1}^{n} f(\xi _i)\triangle x_i = \int_{a}^{b} f(x)dx

特别的 我们用到的是他的特例

lim⁡n→∞1n∑i=1nf(in)=∫01f(x)dx\lim_{n \to \infty}\frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n}f(\frac{i}{n} ) = \int_{0}^{1} f(x)dx

特殊在于

  • 将随机大小的 △xi\triangle x_i 转化为固定的 1n\frac{1}{n}
  • 将随机的 ξi\xi_{i} 转化为固定的 in\frac{i}{n}

因此只要能把对应极限转化成👈和式就能用积分公式求解 步骤

  1. 提 1n\frac{1}{n}
  2. 在 f(x)f(x) 中凑出in\frac{i}{n}
  3. 用xx替换in\frac{i}{n}
  4. 写出积分形式并求解

夹逼定理

当和式中的项无法转化成f(in)f\left( \frac{i}{n} \right)时,例如n2+2\sqrt{ n^2+2 }而不是标准线性关系,一般使用夹逼定理解决

  1. 放大与缩小:

    • 缩小:将分母全部换成最大的分母(通常是最后一项)。

    • 放大:将分母全部换成最小的分母(通常是第一项)。

  2. 求两端极限:

    如果放大和缩小后的极限值相等(通常利用简单的幂函数极限求解),则原式极限即为此值。

进阶技巧与注意事项

  1. 积分限的变化 如果求和项是从 i=1i=1 到 i=2ni=2n,或者 i=1i=1 到 i=kni=kn,积分上限会变为 22 或 kk。

    lim⁡n→∞1n∑i=12nf(in)=∫02f(x)dx\lim_{n \to \infty} \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{2n} f\left(\frac{i}{n}\right) = \int_0^2 f(x) dx
  2. 识别“隐蔽”的 1n\frac{1}{n}

    有时候 1n\frac{1}{n} 并不直接存在,需要通过分子分母同除以 nkn^k 来构造。

    • 例如:∑nn2+i2\sum \frac{n}{n^2+i^2},上下同除 n2n^2 →\to 1n∑11+(i/n)2\frac{1}{n} \sum \frac{1}{1+(i/n)^2}。
  3. 结合泰勒展开

    有些题目看似是积分类和式,但其中包含 sin⁡(1n)\sin(\frac{1}{n}) 等项,可能需要先用等价无穷小或泰勒展开简化,再进行积分求和。

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