高等数学1

无穷序列

在高中时期我们就学习了一些数列的内容。数列可以由 能有限项推出规律的({1,3,5,71 ,3 ,5 ,71,3,5,7}公差为1);具有通项公式的(an=3n−2a_n=3n-2an=3n−2);通过递推公式(an=2an−1−1a_n=2a_{n-1}-1an=2an−1−1) 来指定。这些就是高中时期接触的内容。与之不同的是,大学展开对"无穷"的研究,通项不再是有限的,但依然存在它的数学规律

1.数列的收敛与发散

收敛顾名思义就是最后收敛在一个部分,这个地方我们称作极限;发散就是分布比较散乱不集中

书本上给出的定义是:

设 {un}\{u_n\}{un} 是一个数列,ℓ\ellℓ 是一个常数。若对任意给定的正数 ε>0\varepsilon > 0ε>0,总存在 一个正整数 NNN,使得当 n>Nn > Nn>N 时,都有

∣un−ℓ∣<ε|u_n - \ell| < \varepsilon∣un−ℓ∣<ε

则称数列 {un}\{u_n\}{un} 收敛 于 ℓ\ellℓ,称 ℓ\ellℓ 为它的极限,记作

lim⁡n→∞un=ℓ或un→ℓ (n→∞)\lim_{n\to\infty} u_n = \ell \quad \text{或} \quad u_n \to \ell \ (n\to\infty)n→∞limun=ℓ或un→ℓ (n→∞)

若这样的 ℓ\ellℓ 不存在,则称数列发散。

简言之,数列最后趋近于一个值。参考函数f(x)=1/xf(x)=1/xf(x)=1/x 图像上,y随着x的增大不断趋近于0,他的极限就是0。

数列极限不要求所有的点都在这个范围之内,而是说对于任何一个ε\varepsilonε,都能找到对应的n,在第n项之后,ana_nan的值全都落在这个极限范围内。 还是这个函数,当你令ε=0.1\varepsilon=0.1ε=0.1 那么第10项之后所有的通项都ℓ\ellℓ - +ε\varepsilonε 范围中;ε=0.01\varepsilon=0.01ε=0.01就是第一百项之后。

这也可以说明,你改变数列某几个有限的项,并不会影响他收敛/发散的性质(比如我把第101 103 110这三项改为大于0.01的数,那么从第111项之后仍然处于这个范围区间)

1)函数收敛与数列收敛

在前面我们进行过数列和函数的互通,对于数列an=1/na_n=1/nan=1/n其实就是函数f(x)=1/xf(x)=1/xf(x)=1/x上取整数的点,所以数列也存在些函数的性质。在计算过程中由于函数求极限可以使用多种方法,我们通常将数列转化为函数来求,同时有定义

$ If lim⁡x→∞f(x)=L\displaystyle\lim_{x\to\infty} f(x) = Lx→∞limf(x)=L, then lim⁡n→∞f(n)=L\displaystyle\lim_{n\to\infty} f(n) = Ln→∞limf(n)=L

注意,数列有极限不能推断函数有极限,数列是函数中的一部分。函数有极限那么数列一定有极限,数列无极限那么函数一定无极限,其他无法推断成立(小发即大发,大收即小收)

eg1.

求:

lim⁡n→∞1n\lim_{n\to\infty} \frac{1}{\sqrt{n}}n→∞limn 1

数列有四则运算

eg2.

求:

lim⁡n→∞nen+2\lim_{n\to\infty} \frac{n}{\sqrt{en+2}}n→∞limen+2 n

2)夹逼定理

回忆之前学过的微积分知识点,就有g(x)≤f(x)≤h(x),limg(x)=limh(x)=L⟹limf(x)=Lg(x)≤f(x)≤h(x), limg(x)=limh(x)=L⟹limf(x)=Lg(x)≤f(x)≤h(x),limg(x)=limh(x)=L⟹limf(x)=L,对于数列同样有:如果{ana_nan}{cnc_ncn}都收敛于L,{ana_nan}<{bnb_nbn}<={cnc_ncn},那么{bnb_nbn}同样收敛于L

eg3.

例题

求:

lim⁡n→∞n!nn\lim_{n\to\infty} \frac{n!}{n^n}n→∞limnnn!

3)连续函数与极限运算的交换

如果数列 {an}\{a_n\}{an} 收敛于 LLL,并且函数 fff 在点 LLL 处l连续,那么数列 {f(an)}\{f(a_n)\}{f(an)} 也收敛,极限就是 f(L)f(L)f(L)。

更形象地表达有lim⁡n→∞f(an)=f(lim⁡n→∞an)=f(L)\lim_{n\to\infty} f(a_n) = f\left(\lim_{n\to\infty} a_n\right) = f(L)n→∞limf(an)=f(n→∞liman)=f(L)

函数在

eg4.求:

lim⁡n→∞sin(πn)\lim_{n\to\infty}sin( \frac{\pi}{n})n→∞limsin(nπ)

2.有界性和单调性

1)

对所有的n:

递增数列:an<an+1a_n < a_{n+1}an<an+1

非递减数列:an≤an+1a_n \leq a_{n+1}an≤an+1

(递增和等于;联想不大于就是小于等于)

递减数列: an>an+1a_n > a_{n+1}an>an+1。

非递增数列:an≥an+1a_n \geq a_{n+1}an≥an+1

严格单调数列:递增/递减数列

单调数列:非递增/非递减

2)

1.若存在一个数 MMM,使得

an≤M∀n≥1a_n \leq M \qquad \forall n \geq 1an≤M∀n≥1

则称数列 {an}\{a_n\}{an} 有上界。

  1. 若存在一个数 mmm,使得

an≥m∀n≥1a_n \geq m \qquad \forall n \geq 1an≥m∀n≥1

则称数列 {an}\{a_n\}{an} 有下界。

3.有界函数:一个既有上界又有下界的函数

eg5.判断单调性和是否有界n/(n2+1){n/(n^2+1)}n/(n2+1)

相关推荐
hnjzsyjyj3 个月前
东方博宜OJ 1145:数列求和
数列
Malone-AI4 个月前
f(n)=af(n-1)+b根据一阶线性递推式推导通项公式
数学·数列
apcipot_rain8 个月前
原神“十盒半价”问题的兹白式建模分析
python·数学·算法·函数·数据科学·原神·数列
闻缺陷则喜何志丹8 个月前
P8699 [蓝桥杯 2019 国 B] 排列数|普及+
c++·数学·蓝桥杯·数论·洛谷·数列
巽星石2 年前
【Godot4.3】自定义数列类NumList
godot·gdscript·斐波那契·数列
markingyi2 年前
趣味算法------煤球数目
c语言·数据结构·算法·visual studio·数列