09-上极限、下极限与 Bolzano–Weierstrass 定理


三个常用极限

,则

前两个结论可分别由收敛定义与 Bernoulli 不等式证明。对第三个结论,令

由二项式展开,

所以

上极限与下极限

是有界序列,定义尾部集合

以及

则称

为序列的上极限,称

为序列的下极限

因为 ,所以 单调递减, 单调递增。原序列有界又保证二者有界,因此这两个极限总是存在,并且

,每个尾部集合都同时含有 ,故

,则

所以

上、下极限都能由子序列达到

定理

每个有界序列都存在子序列 ,使得

证明思路。。依次选择严格递增的指标 ,使

由于 ,夹逼定理给出

下极限的情形完全类似。

Bolzano–Weierstrass 定理

定理

每个有界实数序列都存在收敛子序列。

这是上一结论的直接推论:趋于上极限的子序列就是一个收敛子序列。

收敛的上、下极限判据

定理

有界序列 收敛,当且仅当

若二者共同等于 ,则

夹逼定理给出 。反之,若 ,则每个子序列都趋于 ,特别是达到上、下极限的两个子序列也都趋于 ,所以二者相等。


文章作者: Gustavo
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