“柯西收敛原理”是数学分析中的一个重要定理之一,这一原理的提出为研究数列极限和函数极限提供了新的思路和方法。
在有了极限的定义之后,为了判断具体某一数列或函数是否有极限,人们必须不断地对极限存在的充分条件和必要条件进行探讨。在经过了许多数学家的不断努力之后,终于由法国数学家柯西(Cauchy)获得了完善的结果。下面我们将以定理的形式来叙述它,这个定理称为“柯西收敛原理”。
定理叙述:
数列{xn}有极限的充要条件是:对任意给定的ε>0,有一正整数N,当m,n>N时,有|xn-xm|<ε成立
将柯西收敛原理推广到函数极限中则有:
函数f(x)在无穷远处有极限的充要条件是:对任意给定的ε>0,有Z属于实数,当x,y>Z时,有|f(x)-f(y)|<ε成立
此外柯西收敛原理还可推广到广义积分是否收敛,数项级数是否收敛的判别中,有较大的适用范围。
证明举例:
证明:xn=1-1/2+1/3-1/4+......+[(-1)^(n+1)]/n有极限
证:对于任意的m,n属于正整数,m>n
|xn-xm|=|[(-1)^(n+2)]/(n+1)+......+[(-1)^(m+1)]/m|
当m-n为奇数时|xn-xm|=|[(-1)^(n+2)]/(n+1)+......+[(-1)^(m+1)]/m|
<1/n(n+1)+1/(n+1)(n+2)+......+1/(m-1)m
=(1/n-1/m)→0
由柯西收敛原理得{xn}收敛
当m-n为偶数时|xn-xm|=|[(-1)^(n+2)]/(n+1)+......+[(-1)^(m+1)]/m|
<1/n(n+1)+1/(n+1)(n+2)+......+1/(m-2)(m-1)-1/m
=(1/n-1/(m-1)-1/m)→0
由柯西收敛原理得{xn}收敛
综上{xn}收敛,即{xn}存在极限
够全面了吧