单调有界准则
单调有界准则是数列极限理论中的基础准则,它建立了数列单调性与有界性之间的关系,为判断数列收敛性提供了重要工具。
定理
单调有界准则
单调有界数列必有极限:如果数列 单调递增且有上界,或者单调递减且有下界,则数列必有极限。
几何意义:单调有界的数列会逐渐趋近于一个极限值,这个极限值就是数列的上确界或下确界。
(epsilon):希腊字母,读作”伊普西隆”,在数学分析中通常表示一个任意小的正数。
:表示一个足够大的正整数。
:表示上确界(supremum),数列的上界中的最小值。
证明思路
以单调递增且有上界的情况为例:
由于数列有上界,根据确界原理,数列有上确界
对于任意 ,存在 ,使得
由于数列单调递增,当 时,
又因为 是上确界,所以
因此当 时,,即
所以
应用场景
- 数列有明显的单调性
- 数列有界
- 无法直接求出极限
- 数列有递推关系
练习题
练习 1
证明数列 收敛并求其极限。
参考答案 (1 个标签)
单调有界准则
解题思路: 先证明数列单调递减且有下界,然后求极限。
详细步骤:
证明单调递减:
证明有下界:
由单调有界准则,数列收敛
求极限:
答案:数列收敛,极限为 1。
练习 2
求数列 的极限。
参考答案 (1 个标签)
单调有界准则
解题思路: 证明数列单调递增且有上界,然后求极限。
详细步骤:
证明单调递增:
证明有上界:
由单调有界准则,数列收敛
求极限:
答案:极限为 1。
练习 3
证明数列 收敛。
参考答案 (1 个标签)
单调有界准则
解题思路: 证明数列单调递增且有上界。
详细步骤:
证明单调递增: 利用二项式定理展开,可以证明
证明有上界: 可以证明 (通过数学归纳法)
由单调有界准则,数列收敛
该数列的极限就是自然常数
答案:数列收敛,极限为 。
练习 4
证明数列 收敛并求其极限。
参考答案 (1 个标签)
单调有界准则
解题思路: 证明数列单调递减且有下界。
详细步骤:
证明单调递减: 当 时,
证明有下界:
由单调有界准则,数列收敛
求极限:
答案:数列收敛,极限为 1。
总结
本文出现的符号
| 符号 | 类型 | 读音/说明 | 在本文中的含义 |
|---|---|---|---|
| 希腊字母 | Epsilon(伊普西隆) | 表示一个任意小的正数 | |
| 数学符号 | 正整数 | 表示一个足够大的正整数 | |
| 数学符号 | 上确界 | 数列的上界中的最小值 | |
| 数学符号 | 数列 | 表示一个数列 | |
| 数学符号 | 上确界 | 表示集合的上确界 | |
| 数学符号 | 极限 | 表示函数或数列的极限 |
中英对照
| 中文术语 | 英文术语 | 音标 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 单调有界准则 | monotone bounded theorem | /ˈmɒnətəʊn ˈbaʊndɪd ˈθɪərəm/ | 判断数列收敛性的准则 |
| 单调递增 | monotone increasing | /ˈmɒnətəʊn ɪnˈkriːsɪŋ/ | 数列或函数值逐渐增大 |
| 单调递减 | monotone decreasing | /ˈmɒnətəʊn dɪˈkriːsɪŋ/ | 数列或函数值逐渐减小 |
| 有上界 | bounded above | /ˈbaʊndɪd əˈbʌv/ | 存在一个数大于等于所有项 |
| 有下界 | bounded below | /ˈbaʊndɪd bɪˈləʊ/ | 存在一个数小于等于所有项 |
| 上确界 | supremum | /suːˈpriːməm/ | 上界中的最小值 |
| 下确界 | infimum | /ɪnˈfaɪməm/ | 下界中的最大值 |
| 确界原理 | completeness axiom | /kəmˈpliːtnəs ˈæksɪəm/ | 实数系的基本性质 |