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问题1738: x_n>0,e^(lnx_n+x_n+1)=e^x_n-1,(1)证明x_n收敛(2)求

给定数列 \({x_n}\) 满足 \(x_n > 0\),且满足方程:
\[ e^{\ln x_n + x_{n + 1}} = e^{x_n} - 1 \]
(1)证明 \(x_n\) 收敛;
(2)求 \(\lim_{n \to \infty} x_n\)。

高等数学 · 已解决 · 大学数学
提问于7月21日 · 阅读 282

解答

(1)证明 \(x_n\) 收敛

  1. 递推关系简化:
    \[
    e^{\ln x_n + x_{n+1}} = e^{x_n} - 1 \implies x_n e^{x_{n+1}} = e^{x_n} - 1
    \]
    \[
    \implies x_{n+1} = \ln\left( \frac{e^{x_n} - 1}{x_n} \right)
    \]
  2. 单调递减性:

    • 定义函数 \(g(x) = \ln\left( \frac{e^x - 1}{x} \right)\)。
    • 当 \(x > 0\) 时,\(g(x) < x\)(因为 \(\frac{e^x - 1}{x e^x} < 1\))。
    • 因此 \(x_{n+1} = g(x_n) < x_n\),数列单调递减。
  3. 有下界:

    • 显然 \(x_n > 0\),且单调递减,故收敛。

(2)求极限 \(\lim_{n \to \infty} x_n\)

设极限为 \(L\),则:
\[
L = \ln\left( \frac{e^L - 1}{L} \right) \implies e^L = \frac{e^L - 1}{L}
\]
\[
\implies L e^L = e^L - 1 \implies e^L (L - 1) + 1 = 0
\]

  • 唯一解为 \(L = 0\)(验证 \(L = 0\) 满足方程)。

最终答案

(1)数列 \({x_n}\) 收敛。
(2)\(\lim_{n \to \infty} x_n = 0\)。


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最后修改于8月15日

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