数列极限的四则运算

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-02
数列极限四则运算的证明例题看不懂?请高手指教!

首先要注意,目标是| An•Bn-AB |<ε,但已知的是:limAn=A,limBn=B,所以证明中,一定要用到|An-A|和|Bn-B|。于是通过绝对值不等式| An•Bn-AB | ≤|An-A||Bn|+|A||Bn-B|找到与这两个式子(|An-A|和|Bn-B|)的关系。如果|An-A||Bn|<ε/2,|A||Bn-B|<ε/2,问题就解决了。这两个不等式等价于:|An-A|<ε/(2|Bn|),|Bn-B|<ε/(2|A|),为了清晰起见,分母加了括号。|A|是个常数,已经没有问题,但|Bn|不是常数,于是根据收敛数列的有界性,即:|Bn|<M,找到与n无关的正常数M。于是|An-A||Bn|<|An-A|M<ε/2,后一个不等式等价于:|An-A|<ε/(2M),这里已经假定M是正数,绝对值符号就不写了。这就是ε/(2M)的由来,而不是突然冒出来的。

证明中,快到最后的时候有一句话:由于不等式①②③,当n>N时,我们有|An•Bn-AB|<ε/2+ε/2=ε
其实仔细写来,应该是:
|An•Bn-AB|≤|An-A||Bn|+|A||Bn-B|<|An-A|M+|A||Bn-B|<ε/(2M)•M+|A|•ε/(2|A|)=ε/2+ε/2=ε
第一个“≤”用了①,第二个“<”用了“|Bn|<M ”,第三个“<”用了②③。

另外,如果limAn=A,一般得到|An-A|<ε,肯定没有问题,如果写成|An-A|<ε/2,应该也要理解。证明中就强调“对于任意给定的ε>0,无论怎样小”。这句话一定要充分理解,一个是“任意”,一个是“无论怎样小”。所以一定要理解“ε”是充分的小。因此,如果limAn=A,我们可以得到|An-A|<ε,也可以得到|An-A|<ε/2 或者 |An-A|<2ε,甚至如果常数 a>0,我们同样可以得到|An-A|<ε/a 或者 |An-A|<aε。但是,一定要注意 a 与数列的下标 n 无关,是一般函数的话,务必和函数的自变量无关。证明中在引出常数“M”时,特别强调“存在一个与n无关的正数M”。

其实如果我们最后得到:|An•Bn-AB|<ε'M+|A|•ε''也是可以的,这里的ε'是由limAn=A得到的,ε''是由limBn=B得到的。但这样一则不漂亮,二则还要说明“ε'M+|A|•ε''”也是充分小。与其都要说明,那就放在中间了,这样最后得到|An•Bn-AB|<ε,又漂亮又可以直接写:“这就是说,An•Bn的极限存在,且等于AB”了。

至于ε要不要找一个正常数与其相乘除,找怎样的正常数,就要看题目了。比如,上面的证明如果改成三个已知极限的乘积,或许就要用到ε/3了。给ε找一个正常数与其相乘除,是解这一类题目的“惯用伎俩”。

如图

设limAn=A,limBn=B,
则有法则1:lim(An+Bn)=A+B
法则2:lim(An-Bn)=A-B
法则3:lim(An·Bn)=AB
法则4:lim(An/Bn)=A/B.
法则5:lim(An的k次方)=A的k次方(k是正整数)(n趋于+∞)

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