数列的极限问题是我们学习的一个比较重要的部分,同时,极限的理论也是高等数学的基础之一。数列极限的问题作为微积分的基础概念,其建立与产生对微积分的理论有着重要的意义。
基本概念
数列
定义若函数的定义域为全体正整数集合,则称
为数列。因正整数集的元素可按由小到大的顺序排列,故数列也可写作
或可简单地记为,其中称为该数列的通项。
数列极限
定义设为数列,a为定数。若对任给的正数,总存在正整数N,使得当时有
则称数列收敛于a,定数a称为数列的极限,并记作
若数列没有极限,则称不收敛,或称发散。
等价定义任给,若在(a-ε,a+ε)之外数列中的项至多只有有限个,则称数列收敛于极限a。
几何意义
当n>N时,所有的点xn都落在(a-ε,a+ε)内,只有有限个(至多只有N个)在其外,如图1所示
性质
唯一性若数列 收敛,则它只有一个极限。
有界性若数列 收敛,则为有界数列,即存在正数,使得对一切正整数n有
保号性若 (或),则对 (或),存在正数n>N,使得当an>a' 时,有 (或an<a' )。
保不等式性设与均为收敛数列。若存在正数,使得当时有,则
迫敛性设收敛数列,都以a为极限,数列 满足:
存在正数,当时有则数列收敛,且
四则运算法则
若与为收敛数列,则,,也都是收敛数列,且有
若再假设及,则 也是收敛数列,且有
存在的条件
单调有界定理在实数系中,单调有界数列必有极限。
致密性定理任何有界数列必有收敛的子列。
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