Giải SGK Toán 11 Kết nối tri thức Bài tập cuối chương V

A. Trắc nghiệm

Bài 5.18: Cho dãy số (un) với $u_n=\sqrt{n^2+1}-\sqrt{n}$. Mệnh đề đúng là

A. $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=-\infty$.

B. $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=1$.

C. $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=+\infty$.

D. $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=0$.

Đáp án: C

Giải thích:

Ta có: $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=\underset{n\to +\infty }{\lim }\left(\sqrt{n^2+1}-\sqrt{n}\right)$$=\underset{n\to +\infty }{\lim }\left(\sqrt{n^2\left(1+\frac{1}{n^2}\right)}-\sqrt{n}\right)$

Vì $\underset{n\to +\infty }{\lim }n=+\infty$ và $\underset{n\to +\infty }{\lim }\left(\sqrt{1+\frac{1}{n^2}}-\frac{1}{\sqrt{n}}\right)=1>0$.

Do đó  Vậy $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=+\infty$.

Bài 5.19: Cho $u_n=\frac{2+2^2+\mathrm{...}+2^n}{2^n}$. Giới hạn của dãy số (un) bằng

A. 1.

B. 2.

C. – 1.

D. 0.

Đáp án: B

Giải thích:

Ta có: 2 + 22 + ... + 2n, đây là tổng của n số hạng đầu của cấp số nhân với số hạng đầu là u1 = 2 và công bội q = 2. Do đó, 2 + 22 + ... + 2n = $\frac{u_1\left(1-q^n\right)}{1-q}=\frac{2\left(1-2^n\right)}{1-2}=-2\left(1-2^n\right)$.

Khi đó, $u_n=\frac{2+2^2+\mathrm{...}+2^n}{2^n}$$=\frac{-2\left(1-2^n\right)}{2^n}$$=\frac{2^n-1}{2^{n-1}}=2-\frac{1}{2^{n-1}}$.

Vậy $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=\underset{n\to +\infty }{\lim }\left(2-\frac{1}{2^{n-1}}\right)=2$.

Bài 5.20: Cho cấp số nhân lùi vô hạn (un) với $u_n=\frac{2}{3^n}.$ Tổng của cấp số nhân này bằng

A. 3.

B. 2.

C. 1.

D. 6.

Đáp án: C

Giải thích:

un=23n có u1=23,q=13

S=u11−q=231−13=1

Bài 5.21: Cho hàm số $f\left(x\right)=\sqrt{x+1}-\sqrt{x+2}$. Mệnh đề đúng là

A. $\underset{x\to +\infty }{\lim }f\left(x\right)=-\infty$.

B. $\underset{x\to +\infty }{\lim }f\left(x\right)=0$.

C. $\underset{x\to +\infty }{\lim }f\left(x\right)=-1$.

D. $\underset{x\to +\infty }{\lim }f\left(x\right)=-\frac{1}{2}$.

Đáp án: B

Giải thích:

Ta có: $f\left(x\right)=\sqrt{x+1}-\sqrt{x+2}$$=\frac{{\left(\sqrt{x+1}\right)}^2-{\left(\sqrt{x+2}\right)}^2}{\sqrt{x+1}+\sqrt{x+2}}$

$=\frac{\left(x+1\right)-\left(x+2\right)}{\sqrt{x+1}+\sqrt{x+2}}$$=\frac{-1}{\sqrt{x+1}+\sqrt{x+2}}$.

Do đó, $\underset{x\to +\infty }{\lim }f\left(x\right)=\underset{x\to +\infty }{\lim }\frac{-1}{\sqrt{x+1}+\sqrt{x+2}}$= 0.

Bài 5.22: Cho hàm số f(x)=x−x2|x|. Khi đó limx→0+f(x) bằng

A. 0

B. 1

C. +∞

D. -1

Đáp án: B

Giải thích:

Ta có: .

Do đó, $\underset{x\to 0^{+}}{\lim }f\left(x\right)$$=\underset{x\to 0^{+}}{\lim }\left(1-x\right)=1-0=1$.

Bài 5.23: Cho hàm số . Hàm số f(x) liên tục trên

A. (–∞; +∞).

B. (–∞; – 1].

C. (–∞; – 1) ∪ (– 1; +∞).

D. [– 1; +∞).

Đáp án: C

Giải thích:

Ta có: .

Tập xác định của hàm số là D = (–∞; – 1) ∪ (– 1; +∞).

Từ đó suy ra hàm số đã cho liên tục trên (–∞; – 1) ∪ (– 1; +∞).

Bài 5.24: Cho hàm số f(x)={x2+x−2x−1nếux≠1anếux=1. Hàm số f(x) liên tục tại x = 1 khi 

A. a = 0

B. a = 3

C. a = -1

D. a = 1

Đáp án: B

Giải thích:

Ta có: $\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right)=\underset{x\to 1}{\lim }\frac{x^2+x-2}{x-1}$$=\underset{x\to 1}{\lim }\frac{\left(x-1\right)\left(x+2\right)}{x-1}$$=\underset{x\to 1}{\lim }\left(x+2\right)=1+2=3$.

f(1) = a.

Để hàm số f(x) liên tục tại x = 1 thì $\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right)=f\left(1\right)$⇔ a = 3.

B. Tự luận

Bài 5.25: Cho dãy số (un) có tính chất . Có kết luận gì về giới hạn của dãy số này?

Trả lời:

|un−1<2n⇔−2n<un−1<2n⇔−2n+1<un<2n+1

lim(−2n+1)=1;lim(2n+1)=1

⇒limun=1

Bài 5.26: Tìm giới hạn của các dãy số có số hạng tổng quát cho bởi công thức sau:

a) $u_n=\frac{n^2}{3n^2+7n-2}$;

b) $v_n={\sum }_{k=0}^n\frac{3^k+5^k}{6^k}$;

c) ${\text{w}}_n=\frac{\sin n}{4n}$.

Trả lời:

a) $u_n=\frac{n^2}{3n^2+7n-2}$

Ta có: $\underset{n\to +\infty }{\lim }{u}_n=\underset{n\to +\infty }{\lim }\frac{n^2}{3n^2+7n-2}$$=\underset{n\to +\infty }{\lim }\frac{n^2}{n^2\left(3+\frac{7}{n}-\frac{2}{n^2}\right)}$$=\underset{n\to +\infty }{\lim }\frac{1}{3+\frac{7}{n}-\frac{2}{n^2}}=\frac{1}{3}$

b) $v_n={\sum }_{k=0}^n\frac{3^k+5^k}{6^k}$$=\frac{3^0+5^0}{6^0}+\frac{3^1+5^1}{6^1}+\frac{3^2+5^2}{6^2}+\mathrm{...}+\frac{3^n+5^n}{6^n}$

$=\left(\frac{3^0}{6^0}+\frac{5^0}{6^0}\right)+\left(\frac{3^1}{6^1}+\frac{5^1}{6^1}\right)+\left(\frac{3^2}{6^2}+\frac{5^2}{6^2}\right)+\mathrm{...}+\left(\frac{3^n}{6^n}+\frac{5^n}{6^n}\right)$

$=\left({\left(\frac{1}{2}\right)}^0+{\left(\frac{5}{6}\right)}^0\right)+\left({\left(\frac{1}{2}\right)}^1+{\left(\frac{5}{6}\right)}^1\right)+\left({\left(\frac{1}{2}\right)}^2+{\left(\frac{5}{6}\right)}^2\right)+\mathrm{...}+\left({\left(\frac{1}{2}\right)}^n+{\left(\frac{5}{6}\right)}^n\right)$

Vì ${\left(\frac{1}{2}\right)}^1+{\left(\frac{1}{2}\right)}^2+\mathrm{...}+{\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ là tổng n số hạng đầu của cấp số nhân với số hạng đầu là ${\left(\frac{1}{2}\right)}^1=\frac{1}{2}$ và công bội là $\frac{1}{2}$ nên

${\left(\frac{1}{2}\right)}^0+{\left(\frac{1}{2}\right)}^1+{\left(\frac{1}{2}\right)}^2+\mathrm{...}+{\left(\frac{1}{2}\right)}^n={\left(\frac{1}{2}\right)}^0+\frac{\frac{1}{2}\left(1-{\left(\frac{1}{2}\right)}^n\right)}{1-\frac{1}{2}}$$=1+\left(1-{\left(\frac{1}{2}\right)}^n\right)=2-{\left(\frac{1}{2}\right)}^n$.

Tương tự, ta tính được:

${\left(\frac{5}{6}\right)}^0+{\left(\frac{5}{6}\right)}^1+{\left(\frac{5}{6}\right)}^2+\mathrm{...}+{\left(\frac{5}{6}\right)}^n={\left(\frac{5}{6}\right)}^0+\frac{\frac{5}{6}\left(1-{\left(\frac{5}{6}\right)}^n\right)}{1-\frac{5}{6}}$$=1+5\left(1-{\left(\frac{5}{6}\right)}^n\right)=6-5\cdot {\left(\frac{5}{6}\right)}^n$.

Do đó, 

Vậy 

c) ${\text{w}}_n=\frac{\sin n}{4n}$

Ta có: 

Do đó, $\underset{n\to +\infty }{\lim }{\text{w}}_n=\underset{n\to +\infty }{\lim }\frac{\sin n}{4n}=0$.

Bài 5.27: Viết các số thập phân vô hạn tuần hoàn sau đây dưới dạng phân số.

a) 1,(01);

b) 5,(132).

Trả lời:

a) Ta có: 1.(01)=1+0.01+0.0001+0.000001+...

=1+1×10−2+1×104+1×106+...

Đây  là tổng của cấp số nhân lùi vô hạn với u1=1,q=10−2 nên 1.(01)=u11−q=11−10−2=10099

b) Ta có: 5.(132)=5+0.132+0.000132+0.000000132+...

=5+132×10−3+132×10−6+132×10−9+...

132×10−3+132×10−6+132×10−9+... là tổng của cấp số nhân lùi vô hạn với u1=132×10−3,q=10−3 nên 5.(132)=5+u11−q=132×10−31−10−3=1709333

Bài 5.28: Tính các giới hạn sau:

a) $\underset{x\to 7}{\lim }\frac{\sqrt{x+2}-3}{x-7}$;

b) $\underset{x\to 1}{\lim }\frac{x^3-1}{x^2-1}$;

c) $\underset{x\to 1}{\lim }\frac{2-x}{{\left(1-x\right)}^2}$;

d) $\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{x+2}{\sqrt{4x^2+1}}$.

Trả lời:

a) $\underset{x\to 7}{\lim }\frac{\sqrt{x+2}-3}{x-7}$$=\underset{x\to 7}{\lim }\frac{{\left(\sqrt{x+2}\right)}^2-3^2}{\left(x-7\right)\left(\sqrt{x+2}+3\right)}$

$=\underset{x\to 7}{\lim }\frac{x-7}{\left(x-7\right)\left(\sqrt{x+2}+3\right)}$$=\underset{x\to 7}{\lim }\frac{1}{\sqrt{x+2}+3}$$=\frac{1}{\sqrt{7+2}+3}=\frac{1}{6}$.

b) $\underset{x\to 1}{\lim }\frac{x^3-1}{x^2-1}$$=\underset{x\to 1}{\lim }\frac{\left(x-1\right)\left(x^2+x+1\right)}{\left(x-1\right)\left(x+1\right)}$$=\underset{x\to 1}{\lim }\frac{x^2+x+1}{x+1}=\frac{1^2+1+1}{1+1}=\frac{3}{2}$.

c) $\underset{x\to 1}{\lim }\frac{2-x}{{\left(1-x\right)}^2}$

Ta có: $\underset{x\to 1}{\lim }\left(2-x\right)=2-1=1>0$;

$\underset{x\to 1}{\lim }{\left(1-x\right)}^2=0$ và (1 – x)2 > 0 với mọi x ≠ 1.

Do vậy, $\underset{x\to 1}{\lim }\frac{2-x}{{\left(1-x\right)}^2}=+\infty$.

d) $\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{x+2}{\sqrt{4x^2+1}}$$=\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{x+2}{\sqrt{x^2\left(4+\frac{1}{x^2}\right)}}$

$=\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{x\left(1+\frac{2}{x}\right)}{-x\sqrt{4+\frac{1}{x^2}}}$$=\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{-\left(1+\frac{2}{x}\right)}{\sqrt{4+\frac{1}{x^2}}}$$=-\frac{1}{2}$.

Bài 5.29: Tính các giới hạn một bên:

a) 

b) $\underset{x\to 1^{-}}{\lim }\frac{x}{\sqrt{1-x}}$.

Trả lời:

a) x→3+⇒x−3>0

limx→3+x2−9|x−3|=limx→3+x2−9x−3=limx→3+(x+3)=6

b) limx→1−x=1

limx→1−11−x√=+∞

⇒limx→1−x1−x√=+∞

Bài 5.30: Chứng minh rằng giới hạn  không tồn tại.

Trả lời:

+) Với x > 0, ta có: |x| = x.

Khi đó,  (1)

+) Với x < 0, ta có: |x| = – x.

Khi đó,  (2)

Từ (1) và (2) suy ra  nên không tồn tại giới hạn 

Bài 5.31: Giải thích tại sao các hàm số sau đây gián đoạn tại điểm đã cho

a) f(x)={1xnếux≠01nếux=0 tại điểm x = 0

b) g(x)={1+xnếux<12−xnếux≥1 tại điểm x = 1

Trả lời:

a) Với x ≠ 0, thì $f\left(x\right)=\frac{1}{x}$, ta có: $\underset{x\to 0^{-}}{\lim }\frac{1}{x}=-\infty$ và $\underset{x\to 0^{+}}{\lim }\frac{1}{x}=+\infty$.

Suy ra $\underset{x\to 0^{-}}{\lim }\frac{1}{x}\ne \underset{x\to 0^{+}}{\lim }\frac{1}{x}$ nên không tồn tại $\underset{x\to 0}{\lim }\frac{1}{x}$.

Vậy hàm số đã cho gián đoạn tại x = 0.

b) Ta có: $\underset{x\to 1^{+}}{\lim }g\left(x\right)$ = $\underset{x\to 1^{+}}{\lim }\left(2-x\right)$ = 2 - 1 = 1;

$\underset{x\to 1^{-}}{\lim }g\left(x\right)$ = $\underset{x\to 1^{-}}{\lim }\left(1+x\right)$ = 1 + 1 = 2.

Suy ra $\underset{x\to 1^{+}}{\lim }g\left(x\right)\ne \underset{x\to 1^{-}}{\lim }g\left(x\right)$ nên không tồn tại $\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)$.

Vậy hàm số đã cho gian đoạn tại x = 1.

Bài 5.32: Lực hấp dẫn tác dụng lên một đơn vị khối lượng ở khoảng cách r tính từ tâm Trái Đất là F(r)={GMrR3nếur<RGMr2nếur≥R, trong đó M và R là khối lượng và bán kính của Trái Đất, G là hằng số hấp dẫn. Xét tính liên tục của hàm số F(r)

Trả lời:

Vì M và R lần lượt là khối lượng và bán kính của Trái Đất, G là hằng số hấp dẫn, do đó M, R, G đều khác 0, r là khoảng cách nên r > 0.

Ta có:  Tập xác định của hàm số F(r) là (0; +∞).

+) Với r < R thì F(r) = $\frac{GMr}{R^3}$ hay F(r) = $\frac{GM}{R^3}.r$ là hàm đa thức nên nó liên tục trên (0; R).

+) Với r > R thì F(r) = $\frac{GM}{r^2}$ là hàm phân thức nên nó liên tục trên (R; +∞).

+) Tại r = R, ta có F(R) = $\frac{GM}{R^2}$.

$\underset{r\to R^{+}}{\lim }F\left(r\right)=\underset{r\to R^{+}}{\lim }\frac{GM}{r^2}=\frac{GM}{R^2}$; $\underset{r\to R^{-}}{\lim }f\left(R\right)=\underset{r\to R^{-}}{\lim }\frac{GMr}{R^3}=\frac{GMR}{R^3}=\frac{GM}{R^2}$.

Do đó, $\underset{r\to R^{+}}{\lim }F\left(r\right)=\underset{r\to R^{-}}{\lim }F\left(r\right)=\frac{GM}{R^2}$ nên $\underset{r\to R}{\lim }F\left(r\right)=\frac{GM}{R^2}=F\left(R\right)$.

Suy ra hàm số F(r) liên tục tại r = R.

Vậy hàm số F(r) liên tục trên (0; +∞).

Bài 5.33: Tìm tập xác định của các hàm số sau và giải thích tại sao các hàm này liên tục trên các khoảng xác định của chúng.

a) $f\left(x\right)=\frac{\cos x}{x^2+5x+6}$;

b) $g\left(x\right)=\frac{x-2}{\sin x}$.

Trả lời:

a) Biểu thức có nghĩa khi x2 + 5x + 6 ≠ 0 ⇔ (x + 2)(x + 3) ≠ 0 

Do đó, tập xác định của hàm số f(x) là ℝ \ {– 3; – 2} = (–∞; – 3) ∪ (– 3; – 2) ∪ (– 2; +∞).

Suy ra hàm số f(x) xác định trên các khoảng (–∞; – 3), (– 3; – 2) và (– 2; +∞). Trên các khoảng này, tử thức (hàm lượng giác) và mẫu thức (hàm đa thức) là các hàm số liên tục. Vậy hàm số $f\left(x\right)=\frac{\cos x}{x^2+5x+6}$ liên tục trên các khoảng xác định của chúng.

b) Biểu thức $\frac{x-2}{\sin x}$ có nghĩa khi sin x ≠ 0 ⇔ x ≠ kπ, k ∈ ℤ.

Do đó, tập xác định của hàm số g(x) là ℝ \ {kπ | k ∈ ℤ}. Hay hàm số g(x) xác định trên các khoảng (kπ; (k + 1)π) với k ∈ ℤ.

Trên các khoảng xác định của hàm số g(x), tử thức x – 2 (hàm đa thức) và mẫu thức sin x (hàm lượng giác) là các hàm số liên tục.

Vậy hàm số $g\left(x\right)=\frac{x-2}{\sin x}$ liên tục trên các khoảng xác định của chúng.

Bài 5.34: Tìm các giá trị của a để hàm số f(x)={x+1nếux≤ax2nếux>a liên tục trên R

Trả lời:

Ta có: f(x)={x+1nếux≤ax2nếux>a. Tập xác định của hàm số f(x) là ℝ.

+) Với x < a thì f(x) = x + 1 là hàm đa thức nên nó liên tục trên (–∞; a).

+) Với x > a thì f(x) = x2 là hàm đa thức nên nó liên tục trên (a; +∞).

+) Tại x = a, ta có f(a) = a + 1.

limx→a−f(x)=limx→a−(x+1)=a+1;limx→a+f(x)=limx→a+x2=a2

Để hàm số f(x) đã cho liên tục trên ℝ thì f(x) phải liên tục tại x = a, điều này xảy ra khi và chỉ khi limx→a+f(x)=limx→a−f(x)=f(a)⇔a+1=a2⇔a2–a–1=0

Suy ra a=1−5√2 hoặc a=1+5√2

Vậy a ∈ {1−5√2;1+5√2} thì thỏa mãn yêu cầu bài toán.