Na lekcji pokażemy kilka przykładów ciągów, dla których obliczanie granic powoduje pojawienie symbolu nieoznaczonegosymbole nieoznaczonesymbolu nieoznaczonego.

Granicy wyrażeń takich postaci nie można obliczyć, mając tylko informację o granicach ciągów, które składają się na całe wyrażenie. Do wyznaczania granic takich ciągów będziemy stosować przekształcenia wzorów ciągów z wykorzystaniem wzorów skróconego mnożenia.

Wykorzystywać także będziemy poniższe twierdzenie, które pozostawiamy bez dowodu.

o odwrotności ciągu rozbieżnego do nieskończoności
Twierdzenie: o odwrotności ciągu rozbieżnego do nieskończoności

Jeżeli limn→+∞xn=+∞ lub limn→+∞xn=-∞, to limn→+∞1xn=0.

Ważne!

Twierdzenie odwrotne nie jest prawdziwe. Jako przykład możemy podać ciąg xn=-1n·n.

Ciąg 1xn jest zbieżny do 0, ale ciąg xn jest rozbieżny, lecz nie jest rozbieżny ani do -∞ ani do +∞.

Przykład 1

Obliczymy granicę ciągu xn=n+3-n.

Rozwiązanie

Ciągi an=n+3 i bn=n są ciągami rozbieżnymi do +∞. Zatem przy obliczaniu granicy mamy do czynienia z symbolem nieoznaczonym ∞-∞.

Przekształcimy wzór ciągu xn rozszerzając ułamek n+3-n1 przez wyrażenie n+3+n. Dlaczego w ten sposób rozszerzamy?

Oczywiście wartość ułamka się nie zmieni, lecz w liczniku wykorzystamy wzór skróconego mnożenia na różnicę kwadratów do zapisania wyrażenia już bez pierwiastków.

limn→+∞n+3-n=limn→+∞n+3-nn+3+nn+3+n=

=limn→+∞n+3-nn+3+n=limn→+∞3n+3+n.

Ponieważ ciągi an=n+3 i bn=n są ciągami rozbieżnymi do +∞, zatem ciąg an+bn=n+3+n jest rozbieżny do +∞.

Na podstawie twierdzenia ciąg cn=3n+3+n jest zbieżny do 0, a zatem

limn→+∞n+3-n=0.

Przykład 2

Obliczymy granicę ciągu limn→∞n2+3n-n.

Rozwiązanie

Ciągi an=n2+3n i bn=n są ciągami rozbieżnymi do +∞. Zatem przy obliczaniu granicy mamy do czynienia z symbolem nieoznaczonym ∞-∞.

Przekształcimy wzór ciągu rozszerzając ułamek n2+3n-n1 przez n2+3n+nn2+3n+n

i wykorzystując wzór skróconego mnożenie na różnicę kwadratów:

limn→∞n2+3n-nn2+3n+nn2+3n+n=limn→∞n2+3n2-n2n2+3n+n=

=limn→∞n2+3n-n2n2+3n+n=limn→∞3nn2+3n+n.

Zauważmy, że zarówno licznik jak i mianownik zmierza do +∞, czyli pojawia się symbol nieoznaczony ∞∞.

Wobec tego rozszerzymy ułamek przez wyrażenie 1n:

limn→∞3nn1+3n+1=limn→∞31+3n+1=31+1=32.

Przykład 3

Obliczymy granicę: limn→∞n3+4n23-n.

Rozwiązanie

Podobnie jak w poprzednich przykładach, przy obliczaniu granicy mamy do czynienia z symbolem nieoznaczonym ∞-∞. Zatem będziemy przekształcać wzór ciągu do innej postaci.

Wykorzystamy wzór skróconego mnożenia na różnicę sześcianów: a-ba2+ab+b2=a3-b3. Otrzymujemy wówczas:

limn→∞n3+4n23-n=limn→∞n3+4n23-nn3+4n232+n3+4n23·n+n2n3+4n232+n3+4n23·n+n2=

=limn→∞n3+4n233-n3n3+4n232+n3+4n23·n+n2=

=limn→∞n3+4n2-n3n3+4n232+n3+4n23·n+n2=

=limn→∞4n2n21+4n32+1+4n3+1.

Ponieważ otrzymaliśmy symbol nieoznaczony ∞∞, zatem wyłączamy przed nawias wyrażenie n2 i je skracamy:

limn→∞41+4n32+1+4n3+1=43.

Stąd otrzymujemy odpowiedź:

limn→∞n3+4n23-n=43.

Przykład 4

Obliczymy granicę: an=11+2+12+3+…+1n-1+n.

Rozwiązanie

Składniki sumy zmierzają do 0, ale liczba składników rośnie. W istocie mamy do czynienia z symbolem nieoznaczonym 0·∞. Konieczne będzie przekształcenie wzoru ciągu.

Podobnie jak w poprzednich przykładach rozszerzymy ułamki i skorzystamy ze wzoru skróconego mnożenia:

limn→∞11+2+12+3+…+1n-1+n=

=limn→∞1-21+21-2+2-32+32-3+…+n-1-nn-1+nn-1-n=

=limn→∞1-21-2+2-32-3+…+n-1-nn-1-n=

=limn→∞2-1+3-2+…+n-n-1.

Zauważmy, że 2 z pierwszego nawiasu redukuje się z 2 z drugiego nawiasu, 3 z drugiego nawiasu redukuje się z 3 z trzeciego nawiasu i tak dalej. Sumę tego typu często nazywamy: sumą teleskopową. Pozostaną tylko dwa wyrażenia: n oraz -1.

Zatem

limn→∞11+2+12+3+…+1n-1+n=limn→∞n-1=+∞.

Słownik

symbole nieoznaczone
symbole nieoznaczone

wyrażenie algebraiczne, które nie ma sensu liczbowego, będące umownym sposobem zapisu przy obliczaniu granic ciągów, których wprost nie możemy obliczyć; przy obliczaniu granic ciągów najczęściej pojawiają się symbole: ∞-∞,∞∞,0·∞,00,1∞