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第三章 数列极限的定义(1 / 1)

上回说到怎样把无限循环小数化为分数,但是不会化也没有关系,对于张宇航来说,此小道耳,数学首要的永远是定义。于是开始了下面这个故事。这也是做题家们第一次接触到一个严肃的、庄严的数学定义。这还要从马凤英说起。

马凤英在看到张宇航展现出天赋之后,体会到自己与张宇航的差距,说:“我受不了了,我的忍耐到达极限了。”张宇航接过话头:“说到这个极限,你知道什么是数列的极限吗?”

马凤英说:“数列我们不是刚刚学过吗?”张宇航说:“正是。”于是随手写了a1,a2,an。这是我们熟悉的数列。其中an是数列的通项。但是高中生不知道的是,这个下标n,由于它不具有实质性的意义,被称作“哑符号”。

马凤英哑口无言,等着张宇航进一步解释。张宇航说:“你想必听说过收敛数列,粗略地说就是,当n越来越大的时候,通项an越来越接近一个常数a。那么在学理上说,这个a就是数列的极限。当然,这么说实在是太模糊了,这不符合数学的精确。好在前人已经给出了一个定义。”

张宇航在纸上写到:如果对任意给定的e大于零,存在一个n,使得当n大于n时,有ian减ai小于e,那么就可以说当n趋向无穷大的时候,数列an以a为极限,即为lim(n趋向正无穷)an等于a。

那么,有了定义,我们就可以精确地表述一个数列的极限到底是什么玩意儿了。比如说,张宇航翻开了课本,指着上面的例题对马凤英说:

证明数列三根号n加一/二根号n减一的极限为二分之三。

马凤英人生中第一次看到关于数列极限的定义,一头雾水,满身大汗,根本不知道这道题从何说起,她静静地看着张宇航。

沉默良久,张宇航只能自己说了,这道题他昨天晚上已经做过了:

根据定义,首先i(三根号n加一/二根号n减一)减二分之三i等于五/四根号n减二,进一步放缩这个分数,可得这个分数小于五/二根号n小于三/根号n,那么找到了三/根号n这个数,事情就好办了,我们取n等于九/e平方的整数,那么当n大于n时,对任意给定的e,原等式都成立。画个小框框。

当然,张宇航这个好老师也出了一个更简单的题:证明数列n分之一的极限是0。

可惜的是,马凤英没有做出来,只能张宇航再次做一遍:

根据定义,首先令in分之一减零i小于e,可得n分之一小于e,这样事情就好办了,我们取n等于e分之一的整数,那么当n大于n时,对任意给定的e,原等式都成立。画个小框框。

这就是对极限的初次接触了,马凤英对这个定义印象很不好,因为她根本看不出来这个等式是干什么的,但是她也不得不接受了。

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