§3? 数列极限存在的条件
单调有界定理:任何单调 有界数列都有极限。
例1 设? , 证明该数列收敛。
例2? 证明数列
收敛,并求其极限。(c15(n))
clf,n=20;? a(1)=sqrt(2);? plot([0;n],[2;2]),hold on
for i=1:n;
a(i+1)=sqrt(2+a(i));
plot(i,a(i),'r.'),hold on
end?
axis([1,n,1,2.2])
数列的单调递增是显然的,? 有界很容易用归纳法证明, 而且 ??利用单调有界定理,? 设
其极限为 ?, 则有?
?,????? A=2
例3??证明? ?存在。(c16, n=)
先看一下数列的变化的图像, 该数列单调有界(小于3),所以极限存在,且由图象看出:随着 n 的
增大, ?逐渐接近一个 ??的无理数e
clf,? n=50; x=1:n;???? f(x)=(1+1./x).^x;
plot([0;n],[2.718;2.718]),hold on
plot(x,f(x),'r.')??
?
证明:(见教材)
Cauchy收敛准则:
定理 2.10?? 数列{收敛,
( 或数列{收敛,
?}
例4 ?证明:? 任一无限十进小数 的不足近似值所组成的数列
收敛.? 其中是 ?中的数.
证?? 令 有
???……
例5? 设 ??试证明数列{收敛.
数列单调有界证法欣赏:
Cauchy (1789—1857 ) 最先给出这一极限,Riemann(1826—1866)最先给出以下证法一.
证法一? ( Riemann最先给出这一证法) 设 应用二项式展开,得
?? ,
?
??????????????????? +
注意到?? ????
且 ?比 ??多一项? ? ??即 ↗.
??? ?有界。
综上, 数列{}单调有界.
证法二?? ( 利用Bernoulli不等式 )
注意到Bernoulli不等式 为正整数 ),? 有
???? ???
由 ?利用Bernoulli不等式,有
?↗.
为证{}上方有界, 考虑数列 ?可类证↘. 事实上,
?
??
↘.
显然有 ??有 ?即数列{}有上界.
评註:? 该证法的特点是惊而无险,恰到好处.
证法三?? ( 利用均值不等式 )? 在均值不等式
??中,
令 ???就有
?????? ????即 ↗.
令???? ?
可仿上证得? ?时?? ↗。
( 时无意义, 时诸=, 不能用均值不等式. )? 当时,? 由
???????
?? 由 ↗? ↘.
证法四?? ( 仍利用均值不等式 )
?????????????? ???????????
????????? ? ?
?即??? ↗.
?“均值不等式妙用两则”.
证法五?? 先证明:对 和正整数,有不等式?
????????? ??
事实上,???? ?
???????????? ?< ???
该不等式又可变形为
????( ?为正整数 )
在此不等式中,? 取 ?则有 ??就有
????????????? ↗.
取????? ?又有? ?对 成立,
又由?????