Последовательность задана an+1=2+ana_{n+1}=\sqrt{2+a_n}an+1=2+an, a1=0a_1=0a1=0. 1) Монотонность. Пусть f(x)=2+xf(x)=\sqrt{2+x}f(x)=2+x. Функция fff возрастает на [0,2][0,2][0,2]. a1=0, a2=2>0a_1=0,\; a_2=\sqrt2>0a1=0,a2=2>0. Если an≥an−1a_n\ge a_{n-1}an≥an−1, то an+1=f(an)≥f(an−1)=ana_{n+1}=f(a_n)\ge f(a_{n-1})=a_nan+1=f(an)≥f(an−1)=an. Поэтому (an)(a_n)(an) неубывает. 2) Ограниченность. a1=0<2a_1=0<2a1=0<2. Если an<2a_n<2an<2, то an+1=2+an<4=2a_{n+1}=\sqrt{2+a_n}<\sqrt4=2an+1=2+an<4=2. Значит все члены удовлетворяют 0≤an<20\le a_n<20≤an<2, т.е. сверху ограничена числом 222. 3) Следствие: по признаку монотонной ограниченной последовательности (an)(a_n)(an) сходится; пусть предел LLL существует. Берём предел в рекурренте: L=2+L⇒L2−L−2=0⇒L∈{2,−1}.
L=\sqrt{2+L}\quad\Rightarrow\quad L^2-L-2=0\quad\Rightarrow\quad L\in\{2,-1\}. L=2+L⇒L2−L−2=0⇒L∈{2,−1}.
Так как an≥0a_n\ge0an≥0, то L=2L=2L=2. 4) Оценка сходимости (дополнительно). Из тождества an+1−2=an−22+an+2
a_{n+1}-2=\frac{a_n-2}{\sqrt{2+a_n}+2} an+1−2=2+an+2an−2
получаем ∣an+1−2∣≤∣an−2∣2+2,
|a_{n+1}-2|\le\frac{|a_n-2|}{2+\sqrt2}, ∣an+1−2∣≤2+2∣an−2∣,
т.е. сходимость геометрическая. Итого: последовательность монотонно возрастает, ограничена сверху, сходится и её предел равен 222. Метод: доказательство монотонности и ограниченности + равенство предела фиксированной точке; при желании — доказательство сжимаемости для оценки скорости.
1) Монотонность. Пусть f(x)=2+xf(x)=\sqrt{2+x}f(x)=2+x . Функция fff возрастает на [0,2][0,2][0,2]. a1=0, a2=2>0a_1=0,\; a_2=\sqrt2>0a1 =0,a2 =2 >0. Если an≥an−1a_n\ge a_{n-1}an ≥an−1 , то an+1=f(an)≥f(an−1)=ana_{n+1}=f(a_n)\ge f(a_{n-1})=a_nan+1 =f(an )≥f(an−1 )=an . Поэтому (an)(a_n)(an ) неубывает.
2) Ограниченность. a1=0<2a_1=0<2a1 =0<2. Если an<2a_n<2an <2, то an+1=2+an<4=2a_{n+1}=\sqrt{2+a_n}<\sqrt4=2an+1 =2+an <4 =2. Значит все члены удовлетворяют 0≤an<20\le a_n<20≤an <2, т.е. сверху ограничена числом 222.
3) Следствие: по признаку монотонной ограниченной последовательности (an)(a_n)(an ) сходится; пусть предел LLL существует. Берём предел в рекурренте:
L=2+L⇒L2−L−2=0⇒L∈{2,−1}. L=\sqrt{2+L}\quad\Rightarrow\quad L^2-L-2=0\quad\Rightarrow\quad L\in\{2,-1\}.
L=2+L ⇒L2−L−2=0⇒L∈{2,−1}. Так как an≥0a_n\ge0an ≥0, то L=2L=2L=2.
4) Оценка сходимости (дополнительно). Из тождества
an+1−2=an−22+an+2 a_{n+1}-2=\frac{a_n-2}{\sqrt{2+a_n}+2}
an+1 −2=2+an +2an −2 получаем
∣an+1−2∣≤∣an−2∣2+2, |a_{n+1}-2|\le\frac{|a_n-2|}{2+\sqrt2},
∣an+1 −2∣≤2+2 ∣an −2∣ , т.е. сходимость геометрическая.
Итого: последовательность монотонно возрастает, ограничена сверху, сходится и её предел равен 222. Метод: доказательство монотонности и ограниченности + равенство предела фиксированной точке; при желании — доказательство сжимаемости для оценки скорости.