【菲赫金哥爾茨微積分學(xué)教程精讀筆記Ep34】從數(shù)列開始說起……

今天正式進入“極限論”的內(nèi)容,這部分內(nèi)容是一般《高等數(shù)學(xué)》或是《數(shù)學(xué)分析》中第一個會濃墨重彩花大功夫講述的內(nèi)容,這部分內(nèi)容往往對應(yīng)的習(xí)題計算技巧需要積累的就開始變多了。
實際上老碧覺得跟實數(shù)論那些繞來繞去的內(nèi)容相比,“極限論”部分的理論感很低——雖然這部分內(nèi)容學(xué)好了,之后微積分內(nèi)容的理論部分的證明都會簡單許多許多,所以我們這里除了介紹書上的內(nèi)容之外,會補充一些老碧認為對之后有用的習(xí)題。
另外,其他書上實數(shù)論的闡述,老碧認為還是有一些內(nèi)容需要進行補充的——
一方面,菲赫金哥爾茨這本書上“實數(shù)論”有一小部分的敘述,依然有更加精確縝密的敘述方法,比如張筑生老師在《數(shù)學(xué)分析新講》里面對實數(shù)理論的敘述,不過那個理解起來其實比這本書還是要難一些;
另一方面,優(yōu)質(zhì)的數(shù)學(xué)分析、高等數(shù)學(xué)的課程網(wǎng)上不難找到。
老碧寫這個系列的初衷——其實是為了重新檢視自己認為復(fù)雜,所以之前沒有耐心好好理解的內(nèi)容;以及,一些因為用處不大,一般會一筆帶過,課程里不會闡述太多的內(nèi)容,進行一些詳細地說明——所以,你可以把這個筆記看作一個輔助學(xué)習(xí)的類似于科普性的內(nèi)容。
或者更簡單的,是老碧學(xué)習(xí)筆記的一個匯總,老碧以后查閱起來會更加方便。
今天簡單介紹一些數(shù)列極限的兩個常用定義,雖然對剛上大學(xué)的同學(xué)會有一定的難度和適應(yīng)期,但是我們之前一個多月知識儲備,這個概念理解起來就很簡單了!
23整序變量(數(shù)列)的極限

上面這就是廣大教材上,大家早已熟悉的數(shù)列極限的第一定義,這個定義來自于將對于數(shù)列極限的自然語言向邏輯語言的翻譯,沒錯,翻譯!——許多時候,數(shù)學(xué)證明、做題、理解等等,都是在把一些已知的信息進行翻譯或者闡釋的過程。
比方說,題目中給了一個條件說0是一個數(shù)列的極限,那么,你就會反應(yīng)過來,去回憶所有對應(yīng)的性質(zhì),看看哪一條能用上就用哪一條,所以,又一次證明,記憶在理科學(xué)習(xí)中的重要作用。
自然語言描述數(shù)列極限可以簡述為,“數(shù)列的變化趨勢中,最終會無限接近的一個數(shù)字?!?/p>
無限接近的含義我們之前也聊過了,就是我們給出一個任意小的正數(shù),數(shù)列中都存在一個數(shù)字,使得它與某個確定的數(shù)字的距離小于這個正數(shù)。
但是,對于數(shù)列這種具有確定方向——序的集合,那么,幾何直觀來說——我們以自然數(shù)為橫軸,以數(shù)列每一項的數(shù)值為縱軸,畫出一系列散點,會發(fā)現(xiàn)這些點最終會穩(wěn)定在一條平行于橫軸的線周圍,漸漸有重合的趨勢。
所以,如果a是數(shù)列{an}的極限,那么對于我們?nèi)我饨o出的小整數(shù)e,存在一個自然數(shù)N,在n>N,即N之后,所有的an與a的距離都比e小,即|an-a|<e。
書上也對這一點做出了闡釋——

接著書上對數(shù)列極限作出了兩點說明——


我們聊一下第二條說明——我們注意到,數(shù)列極限定義中的N是一個存在性的東西,如果N滿足條件,那么很顯然,任何比N大的自然數(shù)也滿足條件,數(shù)列證明題,往往也就是找到N的題,也就是——解不等式的題,最終得到一個N>……的形式,我們做題的時候,隨便找到一個N滿足條件即可,所以不同的解題思路,解出來的N可能不同。
接著提了一種特殊的有極限的數(shù)列——常數(shù)列——

最后介紹了數(shù)列的幾何意義——

由此得到了凝聚中心,也就是聚點的概念。
聚點定理其實也是“確界原理”的一個等價命題,不過數(shù)學(xué)分析前期存在感不太高罷了,到了點集拓撲學(xué),就會發(fā)揮重大的作用。
然后書上引入了“無窮小量”的定義,然后給出了數(shù)列極限的第二個常用定義——
24無窮小量

無窮小量即是以0作為極限的數(shù)列,所以它依然是一個數(shù)列,也就是一個特殊且十分有用的變量罷了。
為了防止誤解,書上給出了說明——


最后就是數(shù)列極限的第二,如果算上聚點的定義,也就是第三個定義——

如果一個數(shù)列能夠轉(zhuǎn)化為常數(shù)加一個無窮小的形式,那么這個數(shù)列有極限——偷偷告訴你,這個定義對后面數(shù)項級數(shù)的收斂證明很有用哦!
補充——我們來補充一下,數(shù)列極限的聚點的定義——
必需概念——鄰域,在一維的線上,鄰域可以看作一個有中心的線段,二維平面上,則是有中心的一小塊面,三維到n維則是,有中心的一小塊空間,但是為了方便,一般二維鄰域取圓或正方形,高維取球或立方體;
聚點——我們把數(shù)列里每一項對應(yīng)的所有點都畫在數(shù)軸上,然后我們在某一點的任意小鄰域內(nèi)都發(fā)現(xiàn)存在數(shù)列某一項對應(yīng)的點——按照鄰域和絕對值的幾何意義,我們已經(jīng)得到了這個定義和數(shù)列第一定義的等價性。
我們明天不見不散,可能會有全新的安排哦!——當(dāng)然也可能沒有,一切隨緣吧~