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数列与子列的关系

  • 数列与子列的关系

证明以下两个命题:

(1) limn+xn=alimn+xnk=a\lim\limits_{n\rightarrow+\infty}x_n=a\Longrightarrow \lim\limits_{n\rightarrow+\infty}x_{n_k}=a, 其中{xnk}\{x_{n_k}\}{xn}\{x_{n}\}任意子列

(2) {xn}\{x_{n}\}是单调数列,则limn+xn=alimk+xnk=a\lim\limits_{n\rightarrow+\infty}x_n=a\Longleftrightarrow \lim\limits_{k\rightarrow+\infty}x_{n_k}=a, 其中{xnk}\{x_{n_k}\}{xn}\{x_{n}\}某个子列

证明: (1)根据数列极限定义:ε>0,N,s.t.n>N\forall \varepsilon>0,\exists N,s.t. n>N时,xna<ε|x_n-a|<\varepsilon.

K=NK=N, 当k>Kk>K时,nk>k>Nn_k>k>N, 有xnka<ε|x_{n_k}-a|<\varepsilon. 得证.

**注:**此命题的逆否命题:limn+xnk(1)limn+xnk(2){xn}\lim\limits_{n\rightarrow+\infty}x_{n_k}^{(1)}\neq\lim\limits_{n\rightarrow+\infty}x_{n_k}^{(2)} \Longrightarrow \{x_n\}发散,可以用来判断数列发散。

(2))\Longrightarrow) 根据(1), 显然成立。

)\Longleftarrow) 不妨设{xn}\{x_n\}单调递增,limk+xnk=a\lim\limits_{k\rightarrow+\infty}x_{n_k}=a

根据定义(结合单调性):ε>0,K,s.t.k>K\forall \varepsilon>0,\exists K,s.t. k>K时,ε<xnka0-\varepsilon<x_{n_k}-a\leq 0.

N=nK+1,n>NN=n_{K+1},n>N, M>K+1,s.t.nK+1<n<nM\exists M>K+1, s.t. n_{K+1}<n<n_M(目的:用单调性)

ε<xnK+1<xna<xMa0-\varepsilon<x_{n_{K+1}}<x_n-a<x_M-a\leq 0, limn+xn=a\therefore \lim\limits_{n\rightarrow+\infty}x_n=a.