引例 我国春秋战国时期的哲学家庄周所著《庄子》记载着“一尺之棰,日取其半,万世不竭.”意思是说:一尺长的木棒,第一天取去一半,永远都取不完.如果把每天截后剩余部分按第一天、第二天、…顺序排列出来,第一天取去一半,还剩尺,第二天再在这尺中取去一半,还剩尺,…,得到如下一列数:
显然,当n无限增大时,对应的截后所剩越来越少,无限地接近于0,但是不管n多么大,它却永远不会等于零.
通过上述例子,它可以体现出一个“数列极限”的思想,因此我们可以给出数列极限的直观解释.对于一个数列{x}n,当项数n逐渐增大时,相应的xn无限接近于一个确定的常数a,常数a就是这个数列的极限.但在这里,“无限接近”是一个模糊的概念,到底如何来用准确的数学概念来表示这个“无限接近”呢?我们是不是可以通过两者之差的绝对值来衡量.例如数列当n无限增大时,无限接近于0,两个数的接近程度可以用它们之差的绝对值来衡量.因此说当n很大时,与0很接近,就是与0的距很小.
上面的式子我们可以看出当n增大时,的值无限接近于0,就是说与0的距离就可以任意小,只要n充分大,即n大于某个正整数N.因此,“无限接近”就能用距离的任意小来反映,而对于任意给定的正数ε,无论它多么小,只要N足够大,对于n>N,都能够保也就是说,只要n>,于是取N=,则对大于N的所有n,上式总成立.
基于这种思想,我们对极限概念给出严格的定义.
定义2(数列极限的ε-N定义) 设数列{xn},如果存在一个常数a,对于任意给定的ε>0,总存在正整数N,使得当n>N时,不等式
恒成立,则称常数a为数列{xn}当n趋于无穷大时的极限,或称数列{xn}收敛于a,记作
如果不存在常数a,则称数列{xn}没有极限,或者称数列{xn}是发散的.(www.daowen.com)
下面用极限的定义来验证数列的极限.
证明:对于任意给定的ε>0,要使不等式
证明:对于任意给定的ε>0,要使不等式
注:(1)在数列极限定义中,ε可以任意给定是很重要的,只要让正数ε任意小,不等式<ε才能充分表达出xn与a无限接近的意思.
(2)正整数N与ε有关,随着ε的给定而可选定,如上例中也可取N≥.
(3)数列极限定义只能验证某一个数是否为数列的极限,但不能用于求数列的极限.
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