Math Problem Statement

请给出图中每道题的详细解答

Solution

好的,让我们来逐题解决图中的问题,并给出详细解答。

1. fn(x)=sin(nx)nf_n(x) = \frac{\sin(nx)}{\sqrt{n}}0x2π0 \leq x \leq 2\pi

(a) 确定给定序列的极限:

我们考虑 nn \to \infty 的极限。 limnsin(nx)n=0\lim_{n \to \infty} \frac{\sin(nx)}{\sqrt{n}} = 0 因为 sin(nx)1|\sin(nx)| \leq 1,所以分母的 n\sqrt{n} 越来越大,导致整体趋近于0。

(b) 画出几个图像:

随着 nn 的增大,函数 fn(x)f_n(x) 的幅度变小并且振荡更快。其图像在 nn 较小时表现为高频振荡,随着 nn 增大,振幅越来越小。

2. fn(x)=x1+nx2f_n(x) = \frac{x}{1 + nx^2}1x1-1 \leq x \leq 1

(a) 确定给定序列的极限:

我们考虑 nn \to \infty 的极限。 limnx1+nx2=0\lim_{n \to \infty} \frac{x}{1 + nx^2} = 0 因为 1+nx21 + nx^2 随着 nn 增大趋于无穷大,所以整个分数趋于0。

(b) 画出几个图像:

随着 nn 的增大,函数 fn(x)f_n(x) 的值在 1-111 之间逐渐收敛于0。曲线在靠近原点时变化较小,但在边界值附近变化明显。

3. fn(x)=n2x1+n3x2f_n(x) = \frac{n^2 x}{1 + n^3 x^2}1x1-1 \leq x \leq 1

(a) 确定给定序列的极限:

我们考虑 nn \to \infty 的极限。 limnn2x1+n3x2=0\lim_{n \to \infty} \frac{n^2 x}{1 + n^3 x^2} = 0 因为 n3x2n^3 x^2 主导分母的增长,导致整个分数趋于0。

(b) 画出几个图像:

随着 nn 的增大,函数 fn(x)f_n(x) 的值在 1-111 之间逐渐收敛于0。曲线在靠近原点时变化较小,但在边界值附近变化明显。

4. fn(x)=enxf_n(x) = e^{-nx}0x10 \leq x \leq 1

(a) 确定给定序列的极限:

我们考虑 nn \to \infty 的极限。 limnenx=0\lim_{n \to \infty} e^{-nx} = 0 对于任何 x>0x > 0,指数函数的值会随着 nn 增大迅速趋于0。

(b) 画出几个图像:

随着 nn 的增大,函数 fn(x)f_n(x)x=0x = 0 处始终为1,但在 x>0x > 0 时迅速衰减至0。

5. fn(x)=nxenxf_n(x) = nxe^{-nx}0x10 \leq x \leq 1

(a) 确定给定序列的极限:

我们考虑 nn \to \infty 的极限。 limnnxenx=0\lim_{n \to \infty} nxe^{-nx} = 0 因为虽然 nxnx 使得初始值增加,但 enxe^{-nx} 的衰减速度更快。

(b) 画出几个图像:

随着 nn 的增大,函数 fn(x)f_n(x) 的峰值逐渐向 x0x \to 0 移动并且幅值变小,最终趋于0。

6. fn(x)=enx2e2nxf_n(x) = e^{-nx^2} - e^{-2nx}0x10 \leq x \leq 1

(a) 确定给定序列的极限:

我们考虑 nn \to \infty 的极限。 limn(enx2e2nx)=0\lim_{n \to \infty} (e^{-nx^2} - e^{-2nx}) = 0 因为对于任意 xx,两项都趋于0,所以差也趋于0。

(b) 画出几个图像:

随着 nn 的增大,两个指数函数的衰减速度不同,但在极限时都会趋于0。

7. fn(x)=nxn2x2+1f_n(x) = \frac{nx}{n^2x^2 + 1}0x0 \leq x

(a) 确定给定序列的极限:

我们考虑 nn \to \infty 的极限。 limnnxn2x2+1=0\lim_{n \to \infty} \frac{nx}{n^2x^2 + 1} = 0 因为 n2x2n^2 x^2 在分母中主导,导致整个分数趋于0。

(b) 画出几个图像:

随着 nn 的增大,函数 fn(x)f_n(x) 的值在所有 xx 上趋于0。

8. fn(x)=cos(xn)f_n(x) = \cos\left(\frac{x}{n}\right)0xπ0 \leq x \leq \pi

(a) 确定给定序列的极限:

我们考虑 nn \to \infty 的极限。 limncos(xn)=cos(0)=1\lim_{n \to \infty} \cos\left(\frac{x}{n}\right) = \cos(0) = 1 因为 xn\frac{x}{n} 随着 nn 增大趋于0,余弦函数趋于1。

(b) 画出几个图像:

随着 nn 的增大,函数 fn(x)f_n(x) 在所有 xx 上都趋于1。

请问需要哪个具体问题的更详细的解答吗?

接下来可以问的几个问题:

  1. 如何确定函数序列的一致收敛性?
  2. 什么是极限函数?
  3. 如何绘制函数图像?
  4. 什么是函数序列的逐点收敛?
  5. 如何验证函数序列的一致收敛?

提示:在处理函数序列极限问题时,常用的方法包括逐点极限、一致收敛判定法则(如 Weierstrass M-test),以及分析具体函数形式的收敛行为。

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