Властивості збіжних послідовностей
ТеоремаЗбіжна послідовність має єдину границю.
Доведення. Припустимо, що збіжна послідовність має дві різні границі
і
, тобто
. Тоді
та
, де
і
- елементи нескінченно малих послідовностей
та
. Отже,
або
Оскільки
, за властивістю нескінченно малих послідовностей, є елементами нескінченно малої послідовності, а
постійне число, то
. Таким чином,
.
Теорема. Якщо послідовність збіжна, то вона обмежена.
Доведення. Нехай і
- номер, починаючи з якого виконується нерівність
, де
. Тоді
для всіх . Виберемо
. За цієї умови
для будь-якого
.
Зазначимо, що не всяка обмежена послідовність є збіжною. Наприклад, послідовність обмежена, але не збіжна.
Теорема 2.6. Якщо і
- збіжні послідовності, то:
1. Послідовність , яка є сумою (різницею) збіжних послідовностей
та
, збіжна і її границя дорівнює сумі (різниці) границь цих послідовностей, тобто
.
2. Послідовність , яка є добутком збіжних послідовностей
й
, збіжна і її границя дорівнює добутку границь цих послідовностей, тобто
.
3. Послідовність , яка є часткою збіжних послідовностей
та
, за умови
, збіжна і її границя дорівнює частці границь цих послідовностей, тобто
.
Доведення. Нехай і
- збіжні послідовності та
. Тоді
і
, де
й
– елементи нескінченно малих послідовностей
і
. Покажемо, що має місце:
1) .
Оскільки є елементами нескінченно малої послідовності
, то звідси випливає, що
.
2) .
Оскільки є елементами нескінченно малої послідовності
, то
.
Тобто .
3)
Послідовність є нескінченно малою. Покажемо, що послідовність
обмежена. Оскільки
і
, то для
існує такий номер
, що для всіх
виконується нерівність
,
отже, , тобто
, а тому
для всіх
. Звідси випливає, що послідовність
обмежена.
Таким чином, послідовність нескінченно мала, а тому
,
тобто
, де
.
Зауваження. Пункт 1) наведеної теореми допускає узагальнення на довільне скінченне число доданків. Пункт 2) - на довільне скінченне число множників. Із пункту 2) випливає, що постійний множник можна виносити за знак границі, тобто
.
Невизначені вирази.
Нехай і
. Виникає питання, що можна сказати про границю
? Виявляється, що ця границя залежно від окремого закону поведінки змінних
та
може приймати різні значення або взагалі не існувати.
Приклади.
1. Якщо і
, то
.
2. Якщо і
, то
.
3. Якщо і
, то
.
4. Якщо і
, то
та
не існує.
Отже, лише значення границь числових послідовностей ,
не дозволяє у розглянутому вище випадку робити висновки про значення границі їх відношення. Для того, щоб схарактеризувати цю особливість, говорять, що за умови
і
вираз
є невизначеністю типу
.
Аналогічно невизначеними виразами є:
а) у випадку і
вираз
є невизначеністю типу
;
б) у випадку і
вираз
є невизначеністю типу
;
в) у випадку та
вираз
є невизначеністю типу
.
Для визначення границь невизначених виразів типу
часто може застосовуватися теорема Штольца, яку ми наведемо без доведення
Теорема. Якщо послідовності такі, що
1) починаючи з деякого номера
2) ;
3) існує
то .
ЛЕКЦІЯ 7
9. Граничний перехід у нерівностях.
10. Монотонні послідовності.
11. Число е.
12. Теорема про вкладені відрізки.