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第六章 数列极限的性质(二)(1 / 1)

有一些抽象的思维,马凤英未必能理解,但是张宇航乐在其中。张宇航跟马凤英说:“好,现在可以说是登堂入室了,以后就可以一窥其门径。”

张宇航说,接下来是一系列定义。

首先给出数列界限的定义:如果存在一个实数a,使得an小于等于a对一切n成立,则称an是有上界的,a是此数列的一个上界。类似地,也可以定义数列的下界。

定义:收敛数列是有界的。这个证法有点奇特。

假设极限是a。取e等于一,那么当n大于n时,ian减ai小于一。因为ian减ai大于等于iani减iai,那么可得iani小于iai加一。

可取m等于a1加a2加……加an加iai加一,那么显然iani小于m,所以an的上界就找到了。画个小框框。

张宇航指出,为什么要从a1加到an呢,就是为了保证m在n小于n时照样比an大,这是很普遍的一种凑数字的思想。马凤英提出异议,表示这种思想并不普遍,但张宇航没有理会。

张宇航接着说,定义一个子列的概念:设an是一个数列,k1小于k2小于k3小于……,那么数列akn可以看作an的一个子列。

那么下面就又有一个定理了:假设收敛数列an的极限是a,那么an的任何一个子列都收敛于a。

张宇航微微一笑,说证明也很简单:因为极限是a,所以可得对任意的e大于零,存在n,使得当n大于n时,有ian减ai小于e。

任取an的一个子列akn,令bn等于akn,由于kn大于等于n,n大于n,那么kn大于n,所以ibn减ai等于iakn减ai小于e,所以bn收敛于a。

张宇航语重心长地说,这个故事告诉我们,如果某个数列的两个子列收敛于不同的极限,那么这个数列一定是发散的。比如数列an等于(负一)(n减一)次方,那么取出这个数列的两个子数列,一个是一,一,一,……,一个是负一,负一,负一,……,显然,两个子列极限不同,所以原数列的发散的。

张宇航又想到一个难题。

证明:数列sinn是一个发散数列。

这个证法有一个技巧,叫做巧取区间。张宇航在黑板上写到:取一个sinn的子列sin(kn),假设kn属于区间(nπ加三分之π,nπ加三分之二π),画一下sin(kn)的图,由图中我们可以发现,sin(k一)小于sin(π加三分之π)等于负根号三/二,sin(k二)大于sin(二π加三分之π)等于根号三/二。以此类推,发现sin(kn)的所有奇数项都小于负根号三/二,所有偶数项都大于根号三/二,显然sin(kn)的两个子列极限不同,所以sin(kn)是个发散数列,因为sin(kn)是sin(n)的子列,那么显然sin(n)也是个发散数列。

证明完毕。张宇航被这个方法的巧妙性迷住了,不由得啧啧赞叹。马凤英一脸茫然,她从第一步就跟丢了。后面的过程再也没接上。

不过没关系,太阳出来了。

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