第二章 数列极限 — 例子

定义 上界与下界 — 例子

例1:,上界为1(或任何 的数),下界为0(或任何 的数)。

例2:,上界为1,下界为-1。

定义:定义 上界与下界

定义 上确界与下确界 — 例子

例1:,(1不在 中,但比 中元素都大,且任意 ,),。

例2:,(最大值),(下确界不在 中)。

定义:定义 上确界与下确界

定义 数列极限 — 例子

例1:。验证:对任意 ,取 ,当 时 。

例2:。,取 。

例3: 没有极限(在-1和1之间振荡)。

定义:定义 数列极限

定义 无穷大量 — 例子

例1: 是正无穷大量:对任意 ,取 ,当 时 。

例2: 是无穷大量(但不是正无穷大量,因为振荡)。

定义:定义 无穷大量

定义 无穷小量 — 例子

例1:,, 都是无穷小量。

定义:定义 无穷小量

定义 闭区间套 — 例子

例1:,区间长度 ,交集为 。这是一个闭区间套。

定义:定义 闭区间套

定义 子列 — 例子

例1:,取 得子列 ,极限为1。取 得子列 ,极限为-1。

定义:定义 子列

定义 基本数列(Cauchy数列) — 例子

例1:,。对 ,,故是Cauchy数列。

定义:定义 基本数列(Cauchy数列)

定义 单调数列 — 例子

例1: 单调递减, 单调递增。

例2: 不是单调数列。

定义:定义 单调数列

定理 确界存在定理(实数系连续性定理) — 例子

例1:。在 中, 没有上确界();但在 中, 存在。这体现了实数系的连续性。

例2:,,。上确界是最大值,下确界不在 中但存在。

定理:定理 确界存在定理(实数系连续性定理)

定理 确界惟一性 — 例子

例1:,上确界只能是1。若 都是上确界,则 且 ,故 。

定理:定理 确界惟一性

定理 极限惟一性 — 例子

例1:,极限惟一。若假设极限也为 ,则 和 同时成立时矛盾。

例2: 不收敛,因为它有两个子列分别趋于1和-1,由极限惟一性的逆否命题知其发散。

定理:定理 极限惟一性

定理 收敛数列有界性 — 例子

例1: 收敛于1,有界:。

例2: 无界,故不收敛(逆否命题的应用)。

定理:定理 收敛数列有界性

定理 保序性 — 例子

例1:若 对所有 ,则 (注意等号可以取到,即严格不等号取极限后变为非严格)。

例2:设 ,,则 ,。

定理:定理 保序性

定理 夹逼定理 — 例子

例1:求 。因 ,由夹逼定理得 。

例2:求 。令 ,则 (),由夹逼定理得 。

定理:定理 夹逼定理

定理 四则运算 — 例子

例1:。

例2:。

定理:定理 四则运算

定理 无穷大量与无穷小量的关系 — 例子

例1: 是正无穷大量, 是无穷小量,互为倒数。

例2: 是无穷大量, 是无穷小量。

定理:定理 无穷大量与无穷小量的关系

定理 无穷大量的乘积 — 例子

例1: 和 都是正无穷大量, 也是正无穷大量。

例2: 是正无穷大量, 是有界量, 是无穷大量。

定理:定理 无穷大量的乘积

定理 Stolz定理 — 例子

例1:求 。设 ,, 严格递增且 。,故原极限为 。

例2:求 。设 ,,,故 。

定理:定理 Stolz定理

定理 单调有界数列收敛定理 — 例子

例1:,。由归纳法可证 单调递增且 ,故收敛。设极限为 ,则 ,解得 。

例2:,可证 单调递增且 ,故收敛于 。

定理:定理 单调有界数列收敛定理

定理 闭区间套定理 — 例子

例1:,,,则 。

例2:,,,则 。

定理:定理 闭区间套定理

定理 实数集不可列 — 例子

例1:Cantor对角线法:假设 中的实数可排列为 ,构造 ,其中 与 的第 位小数不同,则 但不在序列中,矛盾。

定理:定理 实数集不可列

定理 子列收敛性 — 例子

例1: 不收敛,但子列 收敛于1, 收敛于-1。

例2: 收敛于0,其任何子列也收敛于0。

定理:定理 子列收敛性

定理 Bolzano-Weierstrass定理 — 例子

例1: 有界(),有收敛子列 。

例2: 有界(),由Bolzano-Weierstrass定理必有收敛子列。

定理:定理 Bolzano-Weierstrass定理

定理 无界数列的性质 — 例子

例1: 无界,存在子列 。

例2: 无界,存在子列 和 。

定理:定理 无界数列的性质

定理 Cauchy收敛原理 — 例子

例1:。对 ,,故是Cauchy数列,收敛。

例2:。取 ,,不是Cauchy数列,故发散。

定理:定理 Cauchy收敛原理

定理 实数系完备性与连续性等价 — 例子

例1:在有理数集 中,Cauchy数列 的极限 ,说明 不完备。而在 中,Cauchy数列必收敛,这是实数系完备性的体现。

定理:定理 实数系完备性与连续性等价