一、题目
已知数列 $\left\{x_{n}\right\}$,且有如下说法:
① 若 $\left\{\arctan x_{n}\right\}$ 收敛,则 $\left\{x_{n}\right\}$ 收敛
② 若 $\left\{\arctan x_{n}\right\}$ 单调,则 $\left\{x_{n}\right\}$ 收敛
③ 若 $x_{n} \in[-1,1]$, 且 $\left\{x_{n}\right\}$ 收敛,则 $\left\{\arcsin x_{n}\right\}$ 收敛
④ 若 $x_{n} \in[-1,1]$, 且 $\left\{x_{n}\right\}$ 单调,则 $\left\{\arcsin x_{n}\right\}$ 收敛
则上面的说法中,正确的是哪些?
(A). ① ②
(C). ① ③
(B). ③ ④
(D). ② ④
难度评级:
二、解析
将函数自变量看作数列后具有的一些性质:
[01]. 如果将 $X$ 轴看作数列,那么,在无穷大的方向上,如 “$(- \infty, + \infty)$” 这样的区间上,该数列可以看作是单调的无界不收敛数列;
[02]. 如果将 $X$ 轴看作数列,且将该数列的取值范围限制在一个有限的区间内,如 $[a, b]$, 那么,该数列就可以看作是单调的有界收敛数列。
对于 ①、② 说法
这两个选项都是涉及反三角函数 $y = \arctan x$ 的,那么,我们首先来看看该函数的函数图像,如图 01 所示:
由图 01 可知,随着自变量 $x$ 的增大或者减小,$y = \arctan x$ 始终具有单调性和有界性(收敛)。
于是,若令:
$$
x_{n}=n
$$
则:
$$
\arctan x_{n}=\arctan n
$$
即,数列 $\{\arctan n\}$ 收敛且单调,但数列 $\left\{x_{n}\right\}$ 发散。
综上,说法 ① 和 ② 都不正确。
对于 ③、④ 说法
这两个选项都是涉及反三角函数 $y = \arcsin x$ 的,那么,我们首先来看看该函数的函数图像,如图 02 所示:
由于 $\arcsin x$ 是连续函数,在区间 $[-1, 1]$ 内的任一点都有对应的函数值,因此,当数列 $\left\{x_{n}\right\}$ 收敛于 $[-1, 1]$ 区间内的一点,即下式的极限存在时:
$$
\lim \limits_{n \rightarrow \infty} x_{n} = A
$$
下式的极限也一定存在:
$$
\lim \limits_{n \rightarrow \infty} \arcsin x_{n}=\arcsin \left(\lim \limits_{n \rightarrow \infty} x_{n}\right) = \arcsin A
$$
综上,说法 ③ 正确。
又由于 $\arcsin x$ 单调增加且有界,因此,当数列 $\left\{x_{n}\right\}$ 单调时,数列 $\left\{\arcsin x_{n}\right\}$ 一定也是单调有界的,即数列 $\left\{\arcsin x_{n}\right\}$ 收敛。
综上,说法 ④ 正确。
综上可知,说法 ③ 和 ④ 正确,本题应选 B