数学分析 数列极限存在的条件
数列极限存在的充分必要条件
数列极限存在的充分必要条件数列极限存在是数学分析中一个重要的概念，它描述了数列在无限项的情况下的趋势和稳定性。
在数学中，我们常常关注数列的极限是否存在，因为它对于理解数列的性质和应用具有重要意义。
本文将探讨数列极限存在的充分必要条件。
一、数列的定义我们需要明确数列的定义。
数列是按照一定规律排列的一系列数的集合。
通常用{an}表示，其中n为自然数，an表示数列中的第n个数。
例如，{1, 2, 3, 4, ...}就是一个数列，其中an=n。
二、数列极限的定义数列极限的定义是数列理论的基础。
对于数列{an}，如果存在一个实数a，对于任意给定的正数ε，都存在正整数N，使得当n>N时，|an-a|<ε成立，那么我们称实数a为数列{an}的极限，记作lim(n→∞)an=a。
三、数列极限存在的充分必要条件数列极限存在的充分必要条件是数学分析中的一个重要结论。
下面我们将介绍数列极限存在的充分必要条件。
充分条件：1. 单调有界性：如果数列{an}单调递增且有上界（或单调递减且有下界），则数列{an}的极限存在。
这是因为单调有界数列必定收敛于某个实数。
2. Cauchy收敛准则：如果数列{an}满足Cauchy收敛准则，即对于任意给定的正数ε，存在正整数N，使得当m,n>N时，|am-an|<ε成立，那么数列{an}的极限存在。
这是因为Cauchy收敛准则保证了数列的逼近性，使得数列趋于某个实数。
必要条件：1. 有界性：如果数列{an}的极限存在，那么数列{an}必定有界。
这是因为极限存在意味着数列在某个实数附近趋于稳定，因此数列的项必定在某个范围内。
2. 单调性：如果数列{an}的极限存在，那么数列{an}必定是单调的。
这是因为极限存在意味着数列在某个实数附近趋于稳定，因此数列的项必定具有一定的顺序性。
数列极限存在的充分必要条件是单调有界性和Cauchy收敛准则。
这两个条件保证了数列的趋势和稳定性，使得数列能够收敛于某个实数。
单调有界原理证明极限存在
单调有界原理证明极限存在在数学分析中，单调有界原理是一个非常重要的定理，它表明如果一个数列是单调递增（或递减）且有上界（或下界），则该数列必定收敛。
现在，我们将利用这个原理来证明一个极限存在。
首先，我们需要明确单调有界原理的表述：单调有界原理：如果数列{a n}满足以下条件：1.单调性：对于所有n∈N，都有a n≤a n+1（单调递增）或a n≥a n+1（单调递减）；2.有界性：存在某个实数M，使得对于所有n∈N，都有a n≤M（有上界）或a n≥M（有下界）；那么数列{a n}必定收敛。
现在，假设我们有一个数列{a n}，它满足单调递增且有上界的条件。
我们的目标是证明这个数列的极限存在。
证明过程：第一步：根据题目条件，数列{a n}是单调递增的，即对于任意n∈N，都有a n≤a n+1。
第二步：同样根据题目条件，数列{a n}有上界。
这意味着存在某个实数M，使得对于所有n∈N，都有a n≤M。
第三步：由于数列{a n}单调递增且有上界，根据单调有界原理，我们可以断定数列{a n}必定收敛。
即存在某个实数L，使得当n趋向于无穷大时，a n趋近于L。
第四步（可选，用于进一步说明）：为了更具体地描述这个极限，我们可以考虑数列{a n}的上确界。
由于数列有上界，根据实数的完备性，它必然有一个上确界，记为sup{a n}。
由于数列是单调递增的，它不会超过其上确界，并且会随着n的增大而越来越接近这个上确界。
因此，数列{a n}的极限就是其上确界，即lim n→∞a n=sup{a n}。
综上所述，我们利用单调有界原理证明了数列{a n}的极限存在，并且这个极限等于数列的上确界（如果进一步说明的话）。
这个推理过程逻辑清晰，步骤详细，完整地展示了如何利用单调有界原理来证明极限的存在性。
大学数列的极限知识点归纳总结
大学数列的极限知识点归纳总结数列是数学中常见且重要的概念之一，它含有很多有趣而具有挑战性的性质。
其中，数列的极限是数学分析中的重要内容之一，它在微积分、实变函数等领域中有广泛的应用。
本文将对大学数列的极限知识点进行归纳总结，帮助读者更好地理解和掌握这一概念。
一、数列的定义及性质1. 数列的定义：数列是按照一定顺序排列的一串数字。
2. 数列的记法：一般用 {an} 表示数列，其中 an 表示数列的第n项。
3. 数列的性质：数列可以是有界的或无界的。
二、数列极限的概念1. 数列极限的定义：对于数列 {an}，如果存在一个常数A，使得对于任意给定的正数ε，存在正整数N，使得当n>N时，|an-A|<ε，那么称数列的极限为A，记作lim (n→∞) an = A。
2. 数列极限的几何解释：数列的极限可以理解为当n趋向于无穷大时，数列的项趋向于某个常数。
三、数列极限的性质1. 数列极限的唯一性：对于一个数列，如果其极限存在，则该极限是唯一的。
2. 数列极限与数列项的关系：如果数列的极限存在，那么对于任意大于极限的数M，存在正整数N，使得当n>N时，an>M。
3. 数列极限与数列的有界性的关系：如果数列的极限存在，那么这个数列一定是有界的。
四、常见数列的极限1. 等差数列的极限：对于等差数列 {an} = a1, a1+d, a1+2d, ...，其中a1为首项，d为公差，其极限为lim (n→∞) an = a1。
2. 等比数列的极限：对于等比数列 {an} = a1, a1r, a1r^2, ...，其中a1为首项，r为公比（r≠0），其极限存在的条件是|r|<1，极限为lim(n→∞) an = 0。
3. 斐波那契数列的极限：斐波那契数列 {Fn} = 1, 1, 2, 3, 5, 8, ...，其中每一项等于前两项之和。
斐波那契数列的极限不存在，即lim (n→∞) Fn 不存在。
数列极限与数列极限的判别法
数列极限与数列极限的判别法数列极限是数学中非常重要的概念，它可以用来描述数列的趋势和收敛性质。
数列的极限是指当数列中的元素无限逼近某个常数时，该常数即为数列的极限。
在数学分析中，为了判断一个数列是否有极限，我们需要通过一些判别法来进行推导和验证。
一、数列的有界性判别法数列的有界性是判定数列极限的重要条件之一。
如果一个数列有上界和下界，那么我们可以推断出该数列必有极限。
下面我们使用数列{an} 作为示例来说明这一判别法：{an} 是一个数列，如果存在实数 M，使得对于所有的 n∈N，都有an ≤ M 成立，那么数列 {an} 就是有界的。
进一步，如果 {an} 是单调递增的有界数列，那么它一定有极限，并且极限是该数列的上确界。
二、夹逼定理夹逼定理是另一种常用的数列极限判别法。
它基于一个简单的思想：如果一个数列在两个其他数列之间夹逼住，那么它们的极限应该相同。
下面我们通过一个例子来说明夹逼定理：{an} 是一个数列，{bn} 和 {cn} 是两个数列，假设对于所有的 n∈N，都有bn ≤ an ≤ cn 成立，并且 {bn} 和 {cn} 的极限都等于 L。
那么根据夹逼定理，数列 {an} 的极限也等于 L。
三、单调有界数列的极限对于单调有界数列，它的极限可以通过单调性和有界性来判定。
单调有界数列包括单调递增数列和单调递减数列，它们分别具有上界和下界。
下面我们分别说明这两种情况：1. 单调递增数列的极限：如果数列 {an} 是一个单调递增的有界数列，则它的极限等于该数列的上确界。
2. 单调递减数列的极限：如果数列 {an} 是一个单调递减的有界数列，则它的极限等于该数列的下确界。
综上所述，数列极限与数列极限的判别法涉及到有界性、夹逼定理、单调有界数列等概念和定理。
在实际应用中，我们可以根据数列的特点和已知条件选择合适的判别法来判定数列的极限。
总结：数列极限是数学中重要的概念，通过判别法可以判定数列是否有极限。
数学分析9数列极限存在的条件
§３ 数列极限存在的条件教学目的：使学生掌握判断数列极限存在的常用工具。
教学要求：（１）掌握并会证明单调有界定理，并会运用它求某些收敛数列的极限；（２）初步理解Cauchy准则在极限理论中的主要意义，并逐步会应用Cauchy 准则判断某些数列的敛散性。
教学重点：单调有界定理、Cauchy 收敛准则及其应用。
教学难点：相关定理的应用。
教学方法：讲练结合。
教学程序：引言在研究比较复杂的极限问题时，通常分两步来解决：先判断该数列是否有极限（极限的存在性问题）；若有极限，再考虑如何计算些极限（极限值的计算问题）。
这是极限理论的两基本问题。
在实际应用中，解决了数列{}n a 极限的存在性问题之后，即使极限值的计算较为困难，但由于当n 充分大时，n a 能充分接近其极限a ，故可用n a 作为a 的近似值。
本节将重点讨论极限的存在性问题。
为了确定某个数列是否有极限，当然不可能将每一个实数依定义一一加以验证，根本的办法是直接从数列本身的特征来作出判断。
从收敛数列的有界性可知：若{}n a 收敛，则{}n a 为有界数列；但反之不一定对，即{}n a 有界不足以保证{}n a 收敛。
例如{}(1)n -。
但直观看来，若{}n a 有界，又{}n a 随n 的增大（减少）而增大（减少），它就有可能与其上界（或下界）非常接近，从而有可能存在极限（或收敛）。
为了说明这一点，先给出具有上述特征的数列一个名称——单调数列。
一、 单调数列定义 若数列{}n a 的各项满足不等式11()n n n a a a a ++≤≥，则称{}n a 为递增（递减）数列。
递增和递减数列统称为单调数列．例如：1n ⎧⎫⎨⎬⎩⎭为递减数列；{}2n 为递增数列；(1)n n ⎧⎫-⎨⎬⎩⎭不是单调数列。
二、 单调有界定理〔问题〕 （1）单调数列一定收敛吗？；（2）收敛数列一定单调吗？一个数列{}n a ，如果仅是单调的或有界的，不足以保证其收敛，但若既单调又有界，就可以了。
高中数学数列极限的性质与计算方法详解
高中数学数列极限的性质与计算方法详解数列是高中数学中的重要概念，而数列的极限更是数学分析的基础。
在高中数学中，数列极限的性质和计算方法是一个重要的考点。
本文将详细解析数列极限的性质和计算方法，并通过具体题目进行举例，帮助高中学生和他们的父母更好地理解和掌握这一知识点。
一、数列极限的性质1. 有界性：如果数列{an}存在有界的上界和下界，那么该数列必定收敛。
例如，考虑数列{an} = (-1)^n，该数列的值在-1和1之间，因此数列{an}是有界的，且极限为0。
2. 单调性：如果数列{an}单调递增且有上界，或者单调递减且有下界，那么该数列必定收敛。
例如，考虑数列{an} = 1/n，该数列单调递减且有下界0，因此数列{an}是收敛的，且极限为0。
3. 夹逼定理：如果数列{an}满足an≤bn≤cn，并且lim an = lim cn = L，那么数列{bn}也收敛，并且极限为L。
例如，考虑数列{an} = 1/n，{bn} = (1 + 1/n)^n，{cn}= (1 + 1/n)^(n+1)，显然有an≤bn≤cn，并且lim an = lim cn = 0，因此数列{bn}也收敛，且极限为0。
二、数列极限的计算方法1. 基本四则运算法则：如果数列{an}和{bn}的极限分别为A和B，那么数列{an + bn}的极限为A + B，数列{an - bn}的极限为A - B，数列{an * bn}的极限为A * B，数列{an / bn}的极限为A / B（其中B ≠ 0）。
2. 极限的乘法法则：如果数列{an}的极限为A，数列{bn}的极限为B，那么数列{an * bn}的极限为A * B。
例如，考虑数列{an} = 1/n，{bn} = n，显然lim an = 0，lim bn = ∞，但是lim (an * bn) = 1。
3. 极限的倒数法则：如果数列{an}的极限为A（A ≠ 0），那么数列{1/an}的极限为1/A。
单调有界准则证明极限存在
单调有界准则证明极限存在在数学分析中，证明某个数列的极限存在是一个常见的问题。
一种常用的方法是使用单调有界准则，即如果一个数列单调递增（或递减）且有上（或下）界，则该数列的极限存在。
本文将详细介绍单调有界准则的证明过程。
1. 引言在分析数列极限时，我们关注的是当数列中的元素趋近于无穷时，该数列是否会趋近于某个特定的值。
使用单调有界准则可以帮助我们判断数列是否有极限。
单调有界准则是由实数完备性公理（柯西序列定理）推导而来的。
2. 单调递增数列的证明首先，我们证明一个单调递增数列的极限存在。
假设有一个单调递增数列 {an}，即对于任意的 n，都有an ≤ an+1。
我们需要证明该数列的极限存在。
根据单调有界准则，我们需要证明该数列存在上界。
由于数列是单调递增的，那么对于任意的 n，都有an ≤ an+1 ≤ … ≤ aN（当 N > n 时）。
因此，数列 {an} 是一个递增有上界的数列，我们可以将其上界记为 M。
接下来，我们将证明该数列存在下界。
由于数列是单调递增的，对于任意的n，都有 an-1 ≤ an ≤ … ≤ aN（当 N > n 时）。
因此，数列 {an} 是一个递增数列，且对于任意的 n，都有an ≥ a1。
因此，我们可以将 a1 作为数列的下界。
综上所述，数列 {an} 是一个单调递增且有界的数列。
根据单调有界准则，该数列的极限存在。
3. 单调递减数列的证明类似地，我们可以证明一个单调递减数列的极限存在。
假设有一个单调递减数列 {bn}，即对于任意的 n，都有bn ≥ bn+1。
我们需要证明该数列的极限存在。
根据单调有界准则，我们需要证明该数列存在上界。
由于数列是单调递减的，那么对于任意的 n，都有bn ≥ bn+1 ≥ … ≥ bN（当 N > n 时）。
因此，数列 {bn} 是一个递减有上界的数列，我们可以将其上界记为 M。
接下来，我们将证明该数列存在下界。
由于数列是单调递减的，对于任意的n，都有bn+1 ≥ bn ≥ … ≥ bN（当 N > n 时）。
数学分析 第二章21-2数列极限的准则、运算法则
2021/3/22
1
极限存在准则
1.定理３（夹逼准则）
若数列( xn )n1, ( yn )n1,(zn ) 满足下列条件：
(1) yn xn zn (n N),
(2)
lim
n
yn
lim
n
zn
a,
则数列
(
xn
)n1的极限存在,
且
lim
n
xna.Leabharlann 2021/3/222
证 yn a, zn a,(n )
xn
yn
a b.
3.lim xn a , (b 0).
y n n
b
2021/3/22
11
证1 xn a, yn b,(n )
0, N1 0, N2 0, 使得
当 n N1时恒有 xn a ,
当 n N2时恒有 yn b ,
取 N max{ N1, N2 }, 当 n N时, 恒有 上两式同时成立,
M | b | (M | b |)
即lim n
xn
yn
ab
lim
n
xn
lim n
yn
特别地,两个无穷小量的积仍是无穷小量.
更一般,一个有界量与一个无穷小量的积仍
是无穷小量.
2021/3/22
15
证3 xn a, yn b,(n )
0, N1 0, N2 0, 使得
当 n N1时恒有 xn a , 当 n N2时恒有 yn b ,
| (xn yn ) (a b) | | xn a | | yn b | 2
即lim( n
xn
yn )
a
b
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1 4.K ，N 0, 当n N 时，有 | an a | , 则 lim an a n K 5.若数列{an },{bn }中有一个发散或两个发散，则{an +bn }， {an bn }， {an bn }都是发散的 6.若 lim an a b lim bn , 则必存在发散数列cn , 使N 0，
二. {an }收敛的充要条件、充分条件、必要条件 1. N 定义 2.所有子列都收敛于同一个数 3.所有子列都收敛 4.柯西收敛准则 5.奇子列与偶子列收敛于同一数 6.{an }单调有界（充分不必要） 7.迫敛性（充分不必要） 8.有界性（必要不充分）
三.重要结论
n 1 1 a 1.无穷小数列：q n (| q | 1), ( 0), n , n n! n! n 2.极限等于1的数列： a , n n , n an (其中an a )
1 1 注： 1 ln n是收敛的，其极限值称为欧拉常数 2 n
一.写出下列定义 1. {an }收敛 2.{an }发散 3.{an }收敛于a 4.{an }不收敛于a 5.{an }是无穷小数列 6.{an }是无穷大数列 7. {an }不是无穷大数列 8.{an }有界 9.{an }无界
例5 求下列极限
注：c 时定理不成立
a1 a2 an （1）已知 lim an a, 求 lim n n n
（2）设0 x1 1, xn 1 xn (1 xn )，求 lim nxn
n
当 n, m N 时, 有 | a n A | , | am A | . 2 2 由此推得
an am an A am A
2
2
.
注1 柯西收敛准则的意义在于: 可以根据数列通
项本身的特征来判断该数列是否收敛, 而不必依 赖于极限定义中的那个极限值 A. 这一特点在理
n n
当n N 有an cn bn
7.若n , an bn cn 且 lim( cn an ) 0, 则{bn }一定收敛
n
8.若 lim an a, 则 inf{an } a sup{an }
n
9.若{an }有二子列收敛于不同的数，则{an }必有子列发散 10.若{an }的所有子列都收敛，则它们的极限相同 11.若{an }是单调的且存在一个收敛子列，则{an }是收敛的 12.{an }收敛 0, N 0, 当n N , 有 | an 1 an | 13.{an }收敛 0, N 0, 当n N , 有 | an 1 an | 14.若{an }收敛,则{an }必有最大值或最小值 15.{an }是正无穷大数列当且仅当{a2 n 1},{a2 n }都是正无穷大 16. {an }各项皆为正数且极限是0，则{an }必有严格单调减 且极限是零的子列
sin1 sin 2 sin n 例1 设 xn 1 2 n , n 1, 2, . 2 2 2 求证 { xn } 收敛.
对任意 p + , 均有 0, N .
1 1 n . 证明 { xn } 例2 设 xn 1 , 1， 2 n 发散. 0 0 ， N 0 ， n0 N , p0 有 an0 p0 an0 0 .
1 n 3. lim(1 ) e n n Pk ( n ) 4. lim n Q ( n ) t
n
1 1 1 e 1 n n
n
n 1
1 5.an , 1时发散， 2收敛 k 1 k 6.an a则 | an || a |, 其逆仅当a 0时为真
论上特别有用, 大家将会逐渐体会到它的重要性.
注2 柯西准则的充要条件可用另一种形式表达为： 对任意 p + , 均有 0, N 0, 当 n N 时， | an an p | . 注3 {an } 不收敛的充要条件是:
存在正数 0 ，任意 N 0 ，存在 n 0 , m0 N , 有 an0 am0 0 .
cn 例3 设an , c 0, n ,求{an }的极限 n!
例4 xk 1
1 2 2 xk 2 , x1 1，求证： lim xk 3 2 k 3 xk
2.Stolz定理： an 0 * 设{bn }是严格单调数列，且 是 型或 型极限， bn 0 an 1 an lim c, 其中c 或者c 或者c n b n 1 bn an 则 lim c n b n
三、柯西收敛准则
定理 2.11 数列 {an }收敛的充要条件是:
对于 0 ，N 0 ，当 n, m N 时, 有
证：必要性
N 0,
an am .
柯西( Cauchy,A.L. 1789－1857 ,法国 )
an A. 由极限定义， 设 lim 0 , n
四.求数列极限的常用方法
1.利用迫敛性：
例1
n5 求 lim n n e 1 求 lim n n n!
例2
四.求数列极限的常用方法 2.递推式法： 已知xn 1 f ( xn )
（1）先需验证{xn }极限存在！
一般方法是验证数列单调有界 （2）设xn a, 再利用递推式求出或证出
§3 数列极限存在的条件
学过数列极限概念后，自然会产生两个 问题：一是怎么知道一个数列是收敛的? 即极限的存在性问题; 二是如何计算数列的 极限? 其中, 判断数列是否收敛, 这在极限 理论中占有非常重要的地位. 下面就极限存在性问题, 介绍三个重要定理. 一、单调有界定理 二、致密性定理 三、柯西收敛准则
7.无穷小量乘以有界量是无穷小量 8.保号性 9.保序性 10.四则运算性 11.有界数列必有收敛子列 12.改变数列的有限项不影响敛散性
三.判断下列说法是否正确，正确的说明理由， 错误的给出反例 1.若a的任一邻域内含有{an }的无穷多项，则数列收敛于a 2.若a的任一邻域外含有{an }的有限项，则数列收敛于a 3.N 0， 0, 当n N 时，有 | an a | , 则 lim an a