Как доказать что последовательность ограничена снизу

22.10.202311.06.2023 admin 0 Comments

Числовая последовательность

Определение 1. Числовой последовательностью называется функция, аргументом которой является множество всех натуральных чисел, или множество первых n натуральных чисел.

Обозначается числовая последовательность так:

Как доказать что последовательность ограничена снизу. Смотреть фото Как доказать что последовательность ограничена снизу. Смотреть картинку Как доказать что последовательность ограничена снизу. Картинка про Как доказать что последовательность ограничена снизу. Фото Как доказать что последовательность ограничена снизу

где −i-ый член последовательности.

При словестном задании последовательности, описывается из каких элементов она состоит.

Последовательность нечетных чисел:

Последовательность простых чисел :

Последовательности (1) и (2) мы задали словестно.

Последовательность нечетных чисел аналитически задается формулой

Отметим, что последовательность простых чисел невозможно задать аналитически.

Пример задания рекуррентной последовательности:

В этой последовательности

Пример стационарной последовательности:

Возрастающие и убывающие последовательности

Определение 3. Последовательность, в которой каждый последующий член (кроме первого) больше предыдующего, называется возрастающей :

Определение 4. Последовательность, в которой каждый последующий член (кроме первого) меньше предыдующего, называется убывающей :

Пример 1. Выяснить, монотонна ли последовательность

Решение. Запишем n+1 член последовательности (подставим вместо n, n+1):

Найдем разность членов и :

(3)

Так как n=1,2,3. то правая часть уравнения (3) положительна. Тогда:

Таким образом, каждый последующий член последовательности больше предыдующего. Следовательно последовательность является возрастающим (и монотонным).

Пример 2. Выяснить, при каких значениях a последовательность (b_n) является возрастающей и при каких, убывающей:

Решение. Запишем n+1 член последовательности (вместо n подставим n+1):

Найдем разность членов и :

(4)

Посмотрим на правую часть выражения (4). Если a 10, то . Тогда последовательность является убывающей. При a=10 . Последовательность имеет одинаковые члены:

т.е. имеем дело с последовательностью

Очевидно, что последовательность (5) не является монотонной. Она является стационарной последовательностью.

Ограниченные и неограниченные последовательности

Определение 5. Последовательность (y_n) называется ограниченной сверху, если существует такое число k, что y_n Определение 6. Последовательность (y_n) называется ограниченной снизу, если существует такое число k, что y_n>k при любом n.

Определение 7. Последовательность (y_n) называется ограниченной, если она ограничена и сверху, и снизу.

Пример 3. Показать, что последовательность (a_n) является монотоннной и ограниченной:

Решение. Запишем n+1 член последовательности (вместо n подставим n+1):

Найдем разность членов и :

(6)

Правая часть равенства (6) положительна при любых натуральных чисел n. Следовательно последовательно (a_n) возрастающая (и монотонная).

Далее, сделаем эквивалентное преобразование для проследовательности (5):

Из выражения (7) видно, что при любых n a_n≤1. Т.е. хотя последовательность возрастает, то остается меньше числа 1 (ограничена сверху). Запишем несколько членов данной последовательности, задав n=1,2,3.

Так как последовательность возрастающая, то все члены последовательности не меньше . Тогда последовательность ограничена также и снизу. Таким образом последовательность ограничена и всерху, и снизу, т.е. является ограниченной последовательностью.

Сходящиеся и расходящиеся последовательности

Рассмотрим две числовые последовательности:

На координатной прямой изобразим члены этих последовательностей:

Предел числовой последовательности

Точка, к которой приближаются члены последовательности при увеличении n, называется пределом последовательности. Для последовательности (10) пределом является число 0. Более строго предел последовательности определяется так:

Определение 8. Число k называют пределом последовательности (y_n), если для любой заранее выбранной окресности точки k, можно выбрать такой номер n₀, чтобы все члены последовательности, начиная с номера n₀ содержались в указанной окрестности.

Если k является пределом последовательности (y_n), то пишут ( стремится к k или сходится к k).

Обозначают это так:

Выраженние (11) читается так: предел проследовательности , при стремлении n к бесконечности равен k.

Изложим некоторые пояснения к определению 8.

Пусть выполнено (11). Возьмем окрестность точки k, т.е. интервал , где радиус этой окрестности ( >0). По определению, существует номер n₀, начиная с которого вся последовательность содержится в указанной окресности, т.е.

Если же взять другую окресность (пусть ), то найдется другой номер n₁, начиная с которого, вся последовательность содержится в указанной окрестности, но этот номер будет больше n₁ > n₀.

Пример 4. Дана полследовательность (y_n):

Доказать, что .

Решение. Найдем любую окрестность точки 0. Пусть ее радиус равен r. Тогда всегда можно выбирать n₀ так, чтобы .

Пусть, например, r=0.001. Вычислим n‘ из уравнения

В качестве n₀ берем 501. Имеем:

Запишем члены последовательности (12) начиная с номера 501:

Далее, учитывая (13), имеем:

Следовательно, все члены последовательности (12) начиная с номера 501 попадают в окресность . А по определению 8, это означает:

Пример 5. Дана полследовательность (y_n):

Доказать, что .

Решение. Найдем любую окрестность точки 2. Пусть ее радиус равен r. Тогда всегда можно выбирать n₀ так, чтобы

Неравенство в (17) всегда выполняется так как n₀ натуральное число, а правая часть неравенства отрицательно (это означает, что для любого n₀). Из неравенства (16) можно найти номер n₀, начиная с которого члены последовательности попадают в окресность (2−r; 2+r). Например, пусть r=0.001, тогда . Тогда нужно брать n₀=2000. И тогда все члены последовательности, начиная с номера 2000 попадают в окрестность (2−r; 2+r).

Запишем члены последовательности, начиная с номера 2000:

Легко проверить, что . Тогда, учитывая, что данная последовательность возрастающая (см. пример 1), получим:

Пример 6. Найти предел последовательности

Решение. Выполним некоторые преобразования выражения (18):

Тогда последовательность (18) можно переписать так:

(19)

Как видно из (19), пройдя по членам последовательности слева направо, из числа 1 вычитается все меньшее и меньшее положительное число. Т.е. последовательность приближается к числу 1. Тогда 1 является пределом последовательности (19) и (18):

Свойства сходящихся последовательностей

Сходящиеся последовательности обладают рядом свойств.

Свойство 1. Если последовательность сходится, то только к одному пределу.

Свойство 2. Если последовательность сходится, то она ограничена.

Свойство 3. Если последовательность монотонна и ограничена, то она сходится (теорема Вейерштрасса).

Предел стационарной последовательности равен значению любого члена последовательности:.

Теорема. Если , то

1. Предел суммы равен сумме пределов:

2. Предел произведения равен произведению пределов:

3. Предел частного равен частному пределов:

4. Постоянный множитель можно вывести за знак предела:

Пример 7. Найти предел последовательности:

Решение. Так как , то

Пример 8. Найти предел последовательности:

Решение. Применив правило «предел суммы» теоремы, получим

Пример 9. Вычислить:

Решение. Делим числитель и знаменатель дроби на наивысшую из имеющихся степень переменного n. Далее используем правило «предел суммы» для числителя и знаменателя и правило «предел частного»:

Источник

Вопрос 2. Ограниченная последовательность.

Вопрос 1. Числовая последовательность. Примеры.

Числовая последовательность – функция натурального аргумента: f(n)=x_n

Определение: если по некоторому закону каждом натуральному числу n поставлено в соответствие вполне оптимальное число x_n, то говорят, что задана числовая последовательность < x_n >.

1) 2,4,6..2n,…(монотонная, неограниченная)

2) 1,0,1,0,…(немонотонная, ограниченная)

Вопрос 2. Ограниченная последовательность.

Послед. x_n называется ограниченной, если существуют два числа m,M такие, что x_n находится в пределах m≤ x_n≤M.

-Последовательность называется ограниченной, если она одновременно ограничена и сверху и снизу.

Вопрос 3. Предел числовой последовательности.

Определение: число А называется пределом последовательности < а_n >, если для любого положительного числа ε>0 найдется такой N(номер, зависящий от ε), начиная с которого будет выполняться неравенство: |х _n-а| N имеем

И, поскольку ε является как угодно малым положительным числом, как единственно возможное, имеем

Вопрос 5. Ограниченность сходящейся последовательности.

Если последовательность имеет конечный предел, то последовательность ограничена.

Если последовательность сходится, то она ограничена.

Доказательство: пусть последовательность сходится, то есть . Тогда по определению выполняется . Пусть =1, тогда .

Пусть M=max <>

m=min <>, тогда .

Значит, по определению последовательность является ограниченной.

Ограниченность последовательности является необходимым условием сходимости, но не является достаточным. Существуют ограниченные последовательности, которые не являются сходящимися.

Например, .

Пусть последовательность ограничена, будет ли она сходящейся? – Ограниченная сходимость следует не всегда.

неограниченная

ограниченная

Вопрос 6. Свойства пределов, связанные с арифметическими действиями (для последовательности)

Вопрос 7. Переход к пределу в неравенствах

Пусть и ; ,

Тогда

Вопрос 30. Теорема Ролля

Пусть функция f(x) дифференцируема внутри интервала (a;b)- непрерывна на сегменте и на f(a)=f(b) (на концах отрезка принимает равные значения)найдется такая точка, в которой производная равна 0.

Геометрический смысл теоремы: Найдется хотя бы одна точка, в которой касательная к графику функции будет параллельна оси абсцисс; в этой точке производная и будет равняться 0.

Проиллюстрируем эту теорему геометрически:

Найдет такая точка С, в которой касательная будет горизонтальна в этой точке производная равна 0.

Доказательство: Пусть функция f(x) – постоянна х ∈ (a;b), тогда значение производной во всех точках равно 0.

f(x)- не является константой.

Пусть f(x)>f(a), значение на концах функции равны

Пусть f(x)>f(a), по условию f(a)=f(b)=>f(x)>f(b)

Теорема Коши.

Пусть f(x) и g(x) непрерывны на отрезке [a;b] и дифференцируема на интервале (a;b), тогда справедлива следующая формула:

, где — какая-то точка из интервала (a;b)

Экстремум функции

— в точке х₀ у функции будет max, если в окрестности точки х₀ f(x₀)>f(x)

Тогда функция в точке х=х₀ не может не возрастать, не убывать.

—Достаточное условие экстремума.

Вопрос 47. Таблица интегралов.

Таблица интегралов проверяется дифференцированием.

Вопрос 60.Числовые ряды

Числовым рядом называется сумма , a_n— общий член ряда.

Признак Коши.

Пусть существует предел , тогда:

1)q 1-ряд расходится

3)q=1- ничего сказать нельзя(признак не работает)

Доказательство:

Для любого положения числа ε(∀ε>0) мы имеем

— это геометрическая прогрессия со знаком сходится, поэтому по признаку сравнения исходный ряд сходится.

За счет выбора ε можно q-ε>1

Признак Даламбера.

Пусть существует , тогда

1)q 1-ряд расходится

3) q=1- нужны дополнительные сведения.

— сходится => исходный ряд тоже сходится.

2) q>1 аналогично, как признак Коши.

Признак Лейбница

Если члены знакочередующегося ряда убывают по абсолютной величине u₁>u₂>u₃>…>u_n>… и предел его общего члена при n→∞ равен 0, т.е. , то ряд сходится, а его сумма не превосходит первого члена: S≤u₁.