07-实数收敛序列


一个基本例子

考虑序列

由于

给定任意 ,只要取 ,当 时便有

因此

相比之下,序列

不收敛。它的项在 之间不断交替,不可能最终全部落在同一个足够小的邻域内。

定理:收敛序列必有界

则序列 有界。

证明。 在收敛定义中取 。于是存在 ,使得当 时,

由三角不等式,

前面的有限多个数 也存在一个共同上界。因此令

便有对所有

所以该序列有界。证毕。

单调序列

定义

若对每个

则称 单调递增

若对每个

则称 单调递减

单调收敛定理

定理

单调递增且有上界,则它收敛,并且

证明。

给定 。因为 ,所以 不可能仍是该集合的上界。因此存在 ,使得

又因为序列单调递增,所以当 时,

于是

。证毕。

同理,若 单调递减且有下界,则

子序列

定义

是一个序列。若自然数序列

严格递增,则

称为 的一个子序列

例如, 是偶数编号项组成的子序列, 是奇数编号项组成的子序列。

定理

的每个子序列也收敛到

证明。 给定 。存在 ,使得当 时,

由于 ,当 时也有 ,从而

因此 。证毕。

这个结论也给出了证明序列发散的常用方法:如果能够找到两个收敛到不同极限的子序列,那么原序列不可能收敛。


文章作者: Gustavo
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