【高校数学Ⅲ】2-1-1 数列の極限|要点まとめ

このページでは、高校数学Ⅲの「数列の極限」について整理しています。数列の極限の定義、極限値の性質、計算方法、収束・発散の判断や応用問題までをわかりやすく解説します。定期テストや大学入試対策にも役立つ内容です。

数列の極限の定義と基本例

【数列の極限】
項が限りなく続く数列を無限数列という。
無限数列\({a_n}\)の値が一定の値\(\alpha\)に限りなく近づくとき、数列\({a_n}\)は\(\alpha\)に収束するといい、\(\alpha\)を極限値という。
\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n=\alpha\)
または
\(n\to\infty\)のとき\(a_n\to\alpha\)
で表す。

無限数列\({a_n}\)が収束しないとき、数列\({a_n}\)は発散するという。
\(a_n\)が限りなく大きくなる場合、正の無限大に発散するという。
\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n=\infty\)
または
\(n\to\infty\)のとき\(a_n\to\infty\)
で表す。

\(a_n\)が限りなく小さくなる場合、負の無限大に発散するという。
\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n=-\infty\)
または
\(n\to\infty\)のとき\(a_n\to-\infty\)
で表す。

収束しないが、正の無限大にも負の無限大にも発散しない場合、振動するという。

\begin{eqnarray} 数列の極限\left\{ \begin{array}{l} 収束する\cdots \displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n=\alpha \\ 発散する\left\{ \begin{array}{l} 正の無限大\cdots \displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n=\infty \\ 負の無限大\cdots \displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n=-\infty \\ 振動する \end{array} \right. \end{array} \right. \end{eqnarray}

【例題】一般項\(a_n\)が次の式で表される数列の収束、発散を調べなさい。

(1)\(\displaystyle \frac{2}{n}\)
(2)\(\displaystyle \left(-\frac{1}{3}\right)^n\)
(3)\(n^2\)
(4)\(-2n\)
(5)\((-2)^n\)
(6)\(-2^n\)
(7)\(\sin2n\pi\)
(8)\(\cos n\pi\)

極限値の性質と公式

【数列の極限値の性質】
数列\({a_n},{b_n}\)は収束し、\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n=\alpha,\lim_{n\to\infty}b_n=\beta\)のとき、
(1)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}ka_n=k\alpha\)
ただし、\(k\)は定数
(2)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}(a_n+b_n)=\alpha+\beta\)
(3)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}(a_n-b_n)=\alpha-\beta\)
(4)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}(a_nb_n)=\alpha\beta\)
(5)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{a_n}{b_n}=\frac{\alpha}{\beta}\)
ただし、\(\beta\neq0\)

【数列の大小関係】
\(a_n\leqq b_n\)のとき、
\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n=\alpha,\lim_{n\to\infty}b_n=\beta\)ならば\(\alpha\leqq\beta\)

【はさみうちの定理】
\(a_n\leqq c_n\leqq b_n\)のとき、
\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n=\lim_{n\to\infty}b_n=\alpha\)ならば\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}c_n=\alpha\)

【例題】次の極限を求めなさい。

(1)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{3n-4}{n+2}\)
(2)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{n-1}{3n^3+2}\)
(3)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{n^3-1}{n^2+n}\)
(4)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}(n^2-5n\sqrt{n})\)
(5)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}(n-\sqrt{n^2+3n})\)
(6)\(\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{\sin\frac{n}{2}\pi}{n}\)
次の学習に進もう!