Тема №7.Числовая последовательность и её предел
Если каждому натуральному числу n поставлено в соответствие число хn, то говорят, что задана последовательность
x1, х2, …, хn = {xn}
Общий элементпоследовательности является функцией от n.
xn = f(n)
Таким образом последовательность может рассматриваться как функция порядкового номера элемента.
Задать последовательность можно различными способами – главное, чтобы был указан способ получения любого члена последовательности.
Пример. {xn} = {(-1)n} или {xn} = -1; 1; -1; 1; …
{xn} = {sinpn/2} или {xn} = 1; 0; 1; 0; …
Для последовательностей можно определить следующие операции:
1) Умножение последовательности на число m: m{xn} = {mxn}, т.е. mx1, mx2, …
2) Сложение (вычитание) последовательностей: {xn} ± {yn} = {xn ± yn}.
3) Произведение последовательностей: {xn}×{yn} = {xn×yn}.
4) Частное последовательностей: при {yn} ¹ 0.
Ограниченные и неограниченные последовательности.
Последовательность {xn} называется ограниченной, если существует такое число М>0, что для любого n верно неравенство: , т.е. все члены последовательности принадлежат промежутку (-М; M).
Последовательность {xn}называется ограниченной сверху, если для любого n существует такое число М, что xn £ M.
Последовательность {xn}называется ограниченной снизу, если для любого n существует такое число М, что xn ³ M
Пример. {xn} = n – ограничена снизу {1, 2, 3, … }.
Число а называется пределом последовательности {xn}, если для любого положительного e>0 существует такой номер N, что для всех n > N выполняется условие:
Это записывается: lim xn = a.
В этом случае говорят, что последовательность {xn}сходится к а при n®¥.
Свойство: Если отбросить какое- либо число членов последовательности, то получаются новые последовательности, при этом если сходится одна из них, то сходится и другая.
Пример. Доказать, что предел последовательности lim .
Пусть при n > N верно , т.е.
. Это верно при
, таким образом, если за N взять целую часть от
, то утверждение, приведенное выше, выполняется.
Пример. Показать, что при n®¥ последовательность 3, имеет пределом число 2.
Итого: {xn}= 2 + 1/n; 1/n = xn – 2
Очевидно, что существует такое число n, что , т.е. lim {xn} = 2.
Теорема. Последовательность не может иметь более одного предела.
Теорема. Если xn ® a, то последовательность {xn} ограничена.
Следует отметить, что обратное утверждение неверно, т.е. из ограниченности последовательности не следует ее сходимость.
Например, последовательность не имеет предела, хотя
Монотонные последовательности.
Определение. 1) Если xn+1 > xn для всех n, то последовательность возрастающая.
2) Если xn+1 ³ xn для всех n, то последовательность неубывающая.
3) Если xn+1 < xn для всех n, то последовательность убывающая.
4) Если xn+1 £ xn для всех n, то последовательность невозрастающая
Все эти последовательности называются монотонными. Возрастающие и убывающие последовательности называются строго монотонными.
Пример. {xn} = 1/n – убывающая и ограниченная
{xn} = n – возрастающая и неограниченная.
Пример. Доказать, что последовательность {xn}= монотонная возрастающая.
Найдем член последовательности {xn+1}=
Найдем знак разности: {xn}-{xn+1}=
, т.к. nÎN, то знаменатель положительный при любом n.
Таким образом, xn+1 > xn. Последовательность возрастающая, что и следовало доказать.
Пример. Выяснить является возрастающей или убывающей последовательность {xn} = .
Найдем . Найдем разность
, т.к. nÎN, то 1 – 4n <0, т.е. хn+1 < xn. Последовательность монотонно убывает.
Следует отметить, что монотонные последовательности ограничены по крайней мере с одной стороны.
Теорема. Монотонная ограниченная последовательность имеет предел.
Рассмотрим последовательность {xn} = .
Если последовательность {xn} монотонная и ограниченная, то она имеет конечный предел.
Итак, последовательность - монотонно возрастающая и ограниченная сверху, т.е. имеет конечный предел. Этот предел принято обозначать буквой е.