计算极限 $\lim_{x \rightarrow \infty}$ $\frac{2^{n}}{n!}$

一、题目题目 - 荒原之梦

$$
\lim_{x \rightarrow \infty} \frac{2^{n}}{n!} = ?
$$

难度评级:

二、解析 解析 - 荒原之梦

方法一

首先:

$$
\frac{2^{n}}{n!} > 0.
$$

又:

$$
\frac{2^{n}}{n!} =
$$

$$
\frac{2 \times 2 \times 2 \times \cdots \times 2 \times 2}{1 \times 2 \times 3 \times \cdots \times (n-1) \times n} =
$$

$$
\frac{2}{1} \times \frac{2 \times 2 \times \cdots \times 2}{2 \times 3 \times \cdots \times (n-1)} \times \frac{2}{n} \Rightarrow
$$

$$
\frac{2 \times 2 \times \cdots \times 2}{2 \times 3 \times \cdots \times (n-1)} < 1 \Rightarrow
$$

$$
\frac{2}{1} \times \frac{2 \times 2 \times \cdots \times 2}{2 \times 3 \times \cdots \times (n-1)} \times \frac{2}{n} < \frac{4}{n}.
$$

又:

$$
\lim_{x \rightarrow \infty} \frac{4}{n} = 0.
$$

因此:

$$
0 < \lim_{x \rightarrow \infty} \frac{2^{n}}{n!} < 0
$$

综上,由夹逼准则可知:

$$
\lim_{x \rightarrow \infty} \frac{2^{n}}{n!} = 0.
$$

方法二

除了可以使用方法一所示的夹逼准则求解本题,还可以将 $\frac{2^{n}}{n!}$ 视作一个数列进行求解。

令 $x_{n}$ $=$ $\frac{2^{n}}{n!}$, 则:

$$
x_{n+1} = \frac{2^{n+1}}{(n+1)!} \Rightarrow
$$

$$
x_{n + 1} = \frac{2 \cdot 2^{n}}{(n+1)n!} \Rightarrow
$$

$$
x_{n+1} = x_{n} \cdot \frac{2}{n+1}. \quad ①
$$

于是:

$$
\frac{x_{n+1}}{x_{n}} = \frac{2}{n+1} < 1.
$$

因此可知,数列 $\{ x_{n} \}$ 单调递减。

又由于:

$$
x_{n} = \frac{2^{n}}{n!} > 0.
$$

因此,数列 $\{ x_{n} \}$ 有下界,进而由单调有界准则可知,数列 $\{ x_{n} \}$ 收敛,即数列 $\{ x_{n} \}$ 有极限:

令 $\lim_{x \rightarrow \infty}$ $x_{n}$ $=$ $a$, 则:

$$
\lim_{x \rightarrow \infty} x_{n} = \lim_{x \rightarrow \infty} x_{n+1} = a \Rightarrow
$$

$$
x_{n+1} = x_{n} \cdot \frac{2}{n+1} \Rightarrow
$$

$$
a = a \cdot \frac{2}{n+1} \Rightarrow
$$

$$
a = a \cdot 0 \Rightarrow
$$

$$
a = 0.
$$

综上可知:

$$
\lim_{x \rightarrow \infty} x_{n} = 0 \Rightarrow
$$

$$
\lim_{x \rightarrow \infty} \frac{2^{n}}{n!} = 0.
$$


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