- •Последовательности и их пределы
- •Подпоследовательности и частичные пределы
- •Критерий сходимости последовательности.
- •Предел функции и его свойства
- •Классификация бесконечно больших и бесконечно малых функций
- •Равномерная непрерывность функции
- •Раскрытие неопределённостей (правила Лоппиталя)
- •Исследование функций
- •Выпуклость в точке перегиба
Подпоследовательности и частичные пределы
Пусть дана последовательность
и последовательность натуральных чисел
для
.
Последовательность
называется подпоследовательностью
.
Если
– последовательность натуральных числе
и
,
то
.
Следует из того, что
(т.к.
каждое слагаемое здесь
)
Если
,
то для любой подпоследовательности
будет
.
Пусть a конечно. Тогда для
для
будет
.
Возьмём
.
Тогда
и, следовательно, для
будет
,
т.е.
.Пусть
.
Тогда для
для
будет
.
Отсюда для
будет
и, значит, при
,
т.е.
.
Предел подпоследовательности называется частичным пределом.
Лемма Больцано-Вейерштрасса: Из всякой ограниченной последовательности можно выделить сходящуюся подпоследовательность.
Пусть дана
,
причём
.
Разделим
пополам точкой
.
Тогда хотя бы в одном из отрезков
лежит бесконечно много элементов
последовательности
.
Тот отрезок, на котором это выполняется,
обозначим
(если оба – левый). Повторим операцию и
обозначим
тот отрезок, в котором лежит бесконечно
много элементов
(если оба, то снова левый). Продолжаем
процесс. В результате получим
последовательность вложенных отрезков
,
причём длина
,
и все
содержат бесконечно много
.
По лемме о вложенных отрезках, существует
единственная точка
.
Построим искомую подпоследовательность.
Выберем
произвольно из
.
Затем из
выберем
.
Это возможно, т.к. в
лежит бесконечно много
.
Аналогично выберем
из
.
Получим подпоследовательность
.
Т.к.
и
,
то и
,
т.е.
сходится.
Если не ограничена, то она обязательно имеет бесконечный частичный предел.
Пусть, например,
не ограничена сверху. Тогда для
существует бесконечно много элементов
(иначе можно было бы найти наибольший
из них и взять за верхнюю границу).
Построим
следующим образом: берём
.
Потом
и т.д. Тогда очевидно, что
.
Вывод: у всякой последовательности всегда имеются частичные пределы, хотя бы один.
Число a является частичным пределом тогда и только тогда, когда в любой окрестности числа a лежит бесконечно много элементов .
Пусть a – частичный предел последовательности . Тогда
.
Возьмём
.
Тогда в интервале
будут лежать все
,
начиная с некоторого. Следовательно,
в любой окрестности лежит бесконечно
много
.
Если
,
то для
для
в окрестности
(или
)
будет лежать бесконечно много
.Пусть, наоборот, в любой окрестности a лежит бесконечно много членов . Рассмотрим случай конечного a. Возьмём и в окрестности выберем произвольно . Затем в окрестности
выберем
так, что
.
Это возможно, т.к. в этой окрестности
бесконечно много
.
Получим подпоследовательность
,
причём
.
По теореме о зажатой переменной
,
т.е. a – частичный
предел.
То, что число a является пределом последовательности, означает, что в любой окрестности a лежат все члены последовательности, начиная с некоторого, а то, что число a является пределом подпоследовательности, означает, что в любой окрестности a лежит бесконечно много членов последовательности.
Пусть дана
,
и непустое множество A
– множество её частичных пределов.
Тогда
называется верхним
пределом
(обозначается
)
а
– нижним пределом
(обозначается
).
Теорема о принадлежности крайних пределов к частичным: – наибольший, а – наименьший из частичных пределов.
Достаточно доказать, что – частичный (тогда он наибольший).
Пусть, сначала,
,
где a – конечное
число. Докажем, что в любой окрестности
a лежит бесконечно
много членов
.
Возьмём
.
По определению
.
Но y – частичный
предел
,
т.к. y принадлежит
множеству частичных пределов A.
Значит, на
будет лежать бесконечно много
.
,
,
т.е.
и, следовательно, на
при
лежит бесконечно много
– частичный предел.Пусть
.
Тогда множество частичных пределов A
не ограничено сверху. Отсюда следует,
что
не ограничено сверху (если бы выполнялось
,
то все частичные пределы были бы меньше
M). Значит,
последовательность имеет частичный
предел, равный .
Если
при всех
n,
начиная с некоторого, то
.
Следует из того, что
и, т.к.
,
то и
.
Аналогично для
.
