当前课程知识点:微积分(先修课) >  第一章 极限 >  1.2 极限的概念 >  1.2.5 极限的概念(5)

返回《微积分(先修课)》慕课在线视频课程列表

1.2.5 极限的概念(5)在线视频

1.2.5 极限的概念(5)

下一节:1.3.1 极限的性质(1)

返回《微积分(先修课)》慕课在线视频列表

1.2.5 极限的概念(5)课程教案、知识点、字幕

同学们大家好

欢迎来到大学生先修课

微积分Mooc课程

今天我们介绍

第一章 极限

第二节 极限的概念(5)

在这一讲中我们将介绍数列的极限

所谓数列an极限

指的是当数列{a_n}中的下标n趋向无穷时

它对应的值an趋向于某个确定值

在历史上

极限问题首先研究的就是数列极限

比如我们所熟悉的刘辉的割圆术

就是从圆的内接正六边形出发

依次得到了圆的正12边形 正24边形

他们的面积

从他们的面积公式

我们可以发现这是一个与边数n有关的数列

而且从几何上我们可以看出

当内接多边形的边数越多时

他们的面积是越大

而且是越来越接近圆的面积

也就是这个面积数列

当n越来越大时

他们会越来越接近一个确定的值

也就是趋向于这个圆的面积

在这一讲中我们主要介绍数列极限的概念

并介绍利用定义研究简单数列极限的方法

以及给出数列极限和子列极限的关系

三 数列的极限

数列极限的概念

设an是一个数列

A是一个常数

若对于任意的正数ε

总存在正整数N

使得当n>N时

我们总有|an-A|<ε

则我们就称A是数列{a_n}的极限

记作limit n趋向于无穷时an的极限等于A

如果一个数列的极限存在

我们又称这个数列是收敛的

当一个数列的极限不存在时

我们就说这个数列是发散的

在数列极限的表示中

极限过程我们一般就用n趋向于无穷来表示

因为对数列来说他的极限过程只有一个

也就是下标越来越大趋向于正无穷

所以我们不再用n趋向正无穷

来表示这个极限过程

而简记为n趋向于无穷

在几何上数列an的极限是A

它的几何意义就是我们以水平线y=A做中轴

以y=A+ε和y=A-ε两条直线做边界

得到一个水平的带状区域

对于这样一个带状区域

我们总能找到一个N

在N后边数列对应的点

都应该跑到这个水平的带状区域内

从极限的定义我们可以想象

如果这个带状区域变得更窄

那么这样的N仍然应该是存在的

也就是我们还会找到一个N

从N开始

它后面所有的数列对应的点

仍然能够跑到这个水平的带状区域内

下面我们用定义证明几个数列的极限

例1 我们来证明一下1加上n分之-1的n次方

他的极限等于1

与利用定义证明函数的极限情况是类似的

我们为了用定义来证明一个数列的极限

也就是要看当n多大时

我们能够保证|an-A|是充分小的

所以对于这个具体数列来说

因为1加上n分之-1的n次方减1

他的绝对值应该就等于n分之1

所以对于任意正数ε

我们要使|an-A|这个绝对值小于ε

在这个题目里面也就是

只要使得n分之1小于ε就可以了

这样也就是n要大于ε分之1

所以我们就可以取N

就是ε分之1的整数部分再加上1

那么当n>N时我们就一定有n>ε分之1的

根据数列极限的定义

我们就证明了这个数列它的极限是等于1的

我们来看第二个例题

当q的绝对值小于1时

我们证明q的n次方它的极限是等于1的

对于任意的正数ε

我们要使得q的n次方的绝对值小于ε

利用自然对数的单调性

也就是只要使得nln|q|

因为|q|<1

所以他的自然对数是小于0的

那么上面这个不等式就等价于

n应该大于lnε/ln|q|

我们为了保证这个比值是个大于0的数

我们不妨假设ε是小于1的

这个假设并不影响我们要证明的结论

因为作为极限我们关心的是当ε充分小时

我们能不能找到相应的N

所以说我们就假设ε是小于1的

这样就能保证ε的自然对数比上

q的自然对数是大于0的

所以我们可以取N就是这个比值的取整再加1

也就是这个分数的整数部分再加上1

这样当n>N时自然就有n大于这个比值

从而我们就得到了q的n次方的绝对值小于ε

根据数列极限的定义

这就是证明了q的n次方他的极限是等于0的

根据刚才这个例题中我们得到的结论

那么我们知道对首项为a1

公比为q的等比数列

我们知道它的前项和Sn是

等于a1乘上1减q的n次方再除上1减q的

那么利用我们刚才这个例题中的结论

我们知道当公比的绝对值小于1时

那么这个等比数列所有项的和就应该

等于a1除上1减q

下面我们看一下第三个例题

我们利用极限的定义证明

a的n分之1次方他的极限等于1

实际上这个结论对于a大于0都是成立的

为了书写方便我们只考虑a大于1时的情况

我们要证明a的n分之1次方极限是1

也就是要证明a的n分之1次方减1他的绝对值

是可以充分小的

那么根据两数的n次方之差公式

我们就会得到a-1就等于a的n分之1次方减1

括起来再乘上括号里面1加a的n分之1次方

一直加到a的(n-1)/n次方

因为a是大于1的

所以我们利用上面这个等式就可以得到

a-1是大于n乘上括号里面a的1/n次方减1

这样我们就得到了a的1/n次方减1

它是大于0而且是小于a-1除上n的

那么对于任意的正数ε

如果要使得a的1/n次方减1的绝对值小于ε

这时我们只要使得a-1除上n小于ε就可以了

也就是只要n大于a-1除上ε就可以了

我们取N就等于a-1除上ε的取整再加1

那么我们就保证当n>N时

一定有n是大于a-1除上ε的

这时也就保证了a的1/n次方减1的绝对值

是小于ε的

那么根据数列极限的定义

我们也就证明了a的1/n次方

他的极限是等于1的

第四个例题我们来证明

如果an的极限等于A

那么a1加a2一直加到an除上n

这个数列的极限也是A

实际上这个数列应该就是an这个数列的

前n项和的平均值构成的数列

我们要证明这个结论

也就是对于任意的正数ε

我们来看一看a1加a2一直加到an

除上n再减掉A这个绝对值是不是可以充分小

而我们的条件是an的极限等于A

那么根据数列极限定义

我们一定能找到一个N1

当n>N1时就能有an减掉A的绝对值

是小于ε的

为了用上这个条件

我们将a1加到an除上n减掉A的绝对值

给他写出下面这个形式

也就是前N1项多了一项

从N1+1项到第n项作为一部分

根据绝对值的三角不等式

那么我们就能把这个数放大到

a1加a2一直加到aN1减掉N1倍的A

他的绝对值除上n

再加上aN1+1-A的绝对值一直加到

an-A的绝对值再除上n

在前面这一项中N1是个常数

所以说这个分子就是一个常数

我们用C来表示

在后面这一部分

因为每一个绝对值这时都是小于ε的

所以我们给他放大到ε

第二部分就小于n-N1除上n再乘上ε

我们知道n分之C它的极限应该是等于0的

所以对给定的正数ε来说

我们一定能找到一个正数N2>0

使得当n>N2时C/n它是大于0小于ε的

如果我们取N是N1和N2中的最大值

那么当n>N时

前面我们推出的不等式都是成立的

这个时候我们就得到了a1加a2一直加到an

除上n再减A之后它的绝对值是

小于两倍的ε的

那么根据数列极限的定义

这样我们就证明了

a1加到an除上n这个数列的

极限也是等于A的

下面我们来看一下数列极限与子列极限的关系

首先我们来介绍一下什么叫子列

所谓子列就是在数列{a_n}中取出某些项后

按照原来的顺序排成一个新的数列

那么就称这个数列是原来数列的一个子列

子列一般用ank来表示

其中nk表示的是子列中的第k项

在原来的数列中应该在nk项

所以我们有nk一定是大于等于k的

也就是子列的第k项应该是在原来的数列的

第k项及其之后的项中取出

同时nk+1自然应该是大于nk的

有了子列的概念

我们就会得到数列极限与子列极限下面这个关系

我们写成一个定理

数列an的极限等于A

它的充分必要条件是

它的所有子列都是收敛的

而且子列的极限都等于A

下面我们证明一下这个定理

首先证明一下必要性

这时我们就是在数列极限等于A的前提下

来证明它的每一个子列的极限都等于A

我们假设ank是an的一个子列

对于任意正数ε

因为an的极限是等于A的

根据极限的定义

所以一定存在一个正整数N

当n>N时就有an减A的绝对值小于ε

我们取K就等于N 当k>K时

根据子列的概念我们就知道

nk它本身是大于等于k的

而k是大于K的

也就是这时候nk这一项应该在

原来的数列中N项之后

所以我们就得到了ank减A的

绝对值是小于ε的

而这正是说明了子列ank的极限等于A

根据数列极限的定义这正好说明了

子列ank的极限也是A

这样就证明了必要性

下面我们看一下充分性的证明

我们利用反证法

如果数列an它的所有子列的极限都等于A

而数列本身它的极限并不等于A

那么根据极限不是A的叙述

我们就知道这时一定存在一个正数ε0

对于任意的正整数N来说都会存在N后面的

一个整数nN使得anN减掉A

他的绝对值是大于ε0的

特别地如果我们取N=1

我们就会找到一个n1它是大于1的

使得an1-a的绝对值大于ε0

如果我们取N=2

这时候我们就一定能找到一个n2

而且可以使得这个n2同时也是大于n1的

还要满足an2-a的绝对值也大于ε0

我们这样一直找下去就会得到

数列an的一个子列ank

这个子列它每一项都满足

ank-A的绝对值是大于ε0的

这样就说明我们找到了an的一个子列

它的极限并不是A

这就与an的所有子列的极限都是A是矛盾的

这个矛盾就说明我们的假设是错的

所以这时数列an的极限一定是A

这样我们就证明了充分性

到这一讲为止

有关极限概念的内容我们就全部介绍完了

从下一讲开始我们将用两讲的篇幅

来介绍极限的有关性质

谢谢同学们

下一讲再见

微积分(先修课)课程列表:

第零章 绪论

-0.1 绪论

--0.1.1 绪论

第一章 极限

-1.1 极限概念引例

--1.1.1 极限问题举例

--第1.1节测试 极限概念引例

-1.2 极限的概念

--1.2.1 极限的概念(1)

--1.2.2 极限的概念(2)

--1.2.3 极限的概念(3)

--1.2.4 极限的概念(4)

--1.2.5 极限的概念(5)

--第1.2节测试 极限的概念

-1.3 极限的性质

--1.3.1 极限的性质(1)

--1.3.2 极限的性质(2)

--第1.3节测试 极限的性质

-1.4 极限的运算

--1.4.1 极限的运算

--第1.4节测试 极限的运算

-1.5 夹逼定理与单调有界收敛定理

--1.5.1 夹逼定理与单调有界收敛定理(1)

--1.5.2 夹逼定理与单调有界收敛定理(2)

--第1.5节测试(1) 夹逼定理与单调有界收敛定理

--第1.5节测试(2) 夹逼定理与单调有界收敛定理

-1.6 两个重要的极限

--1.6.1 两个重要的极限(1)

--1.6.2 两个重要的极限(2)

--第1.6节测试 两个重要的极限

-1.7 无穷小量

--1.7.1 无穷小量(1)

--1.7.2 无穷小量(2)

--第1.7节测试 无穷小量

第二章 连续函数

-2.1 连续函数的概念

--2.1.1 函数在一点连续的概念

--2.1.2 在一点的单侧连续性

--2.1.3 间断点的分类

--第2.1节测试 连续函数的概念

-2.2. 初等函数的连续性结论

--2.1.1 连续函数的运算性质

--第2.2节测试 初等函数的连续性结论

-2.3 连续函数的性质

--2.3.1 局部性质和零点存在定理

--2.3.2 闭区间上连续函数的性质

--第2.3节测试 连续函数的性质

第三章 导数与微分

-3.1 导数与导函数

--3.1.1 导数与导函数(1)

--3.1.2 导数与导函数(2)

--第3.1节测试 导数与导函数

-3.2 微分

--3.2.1 微分

--第3.2节测试 微分

-3.3 导数的运算

--3.3.1 导数的四则运算

--3.3.2 复合函数的链导法则

--3.3.3 反函数求导法

--第3.3节测试 导数的运算

-3.4 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法

--3.4.1 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法

--第3.4节测试 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法

-3.5 高阶导数

--3.5.1 高阶导数

--第3.5节测试 高阶导数

第四章 微分中值定理和导数的应用

-4.1 极值和极值点

--4.1.1 极值和极值点

--第4.1节测试 极值和极值点

-4.2 微分中值定理

--4.2.1 微分中值定理(1)

--4.2.2 微分中值定理(2)

--第4.2节测试 微分中值定理

-4.3 洛必达法则

--4.3.1 洛必达法则(1)

--4.3.2 洛必达法则(2)

--第4.3节测试(1) 洛必达法则

--第4.3节测试(2) 洛必达法则

-4.4 函数单调性的判定

--4.4.1 函数单调性的判定

--第4.4节测试 函数单调性的判断

-4.5 函数的极值及其求法

--4.5.1 函数的极值及其求法

--第4.5节测试 函数的极值及其求法

-4.6 函数的最值及其应用

--4.6.1 函数的最值及其应用

--第4.6节测试 函数的最值及其应用

-4.7 曲线的凸性和拐点

--4.7.1 函数的凸性和拐点(1)

--4.7.2 函数的凸性和拐点(2)

--第4.7节测试 函数的凸性和拐点

-4.8 曲线的渐近线

--4.8.1 曲线渐近线

--第4.8节测试 曲线的渐近线

-4.9 泰勒(Taylor)公式

--4.9.1 泰勒(Taylor)公式(1)

--4.9.2 泰勒(Taylor)公式(2)

--4.9.3 泰勒(Taylor)公式(3)

--第4.9节测试 泰勒公式

-4.10 原函数与微分方程初步

--4.10.1原函数与微分方程初步(1)

--4.10.2 原函数与微分方程初步(2)

--第4.10节测试 原函数与微分方程初步

第五章 定积分

-5.1 定积分问题举例

--5.1.1 定积分问题举例

-5.2 定积分的概念

--5.2.1 定积分的概念(1)

--5.2.2 定积分的概念(2)

--第5.2节测试 定积分的概念

-5.3 定积分的基本性质

--5.3.1 定积分的性质(1)

--5.3.2 定积分的性质(2)

--第5.3节测试 定积分的性质

-5.4 微积分基本定理

--5.4.1 微积分基本定理(1)

--5.4.2 微积分基本定理(2)

--第5.4节测试 微积分基本定理

-5.5 定积分的几何应用

--5.5.1 定积分的几何应用(1)

--5.5.2 定积分的几何应用(2)

--第5.5节测试 定积分的几何应用

-5.6 定积分的物理应用

--5.6.1 定积分的物理应用

第六章 积分法与反常积分

-6.1 换元积分法

--6.1.1 换元积分法(1)

--6.1.2 换元积分法(2)

--6.1.3 换元积分法(3)

--第6.1节测试 换元积分法

-6.2 分部积分法

--6.2.1 分部积分法(1)

--6.2.2 分部积分法(2)

--第6.2节测试 分部积分法

-6.3 有理函数的积分法

--6.3.1 有理函数的积分法(1)

--6.3.2 有理函数的积分法(2)

--第6.3节测试 有理函数的积分法

-6.4 定积分应用举例

--6.4.1 定积分应用举例

--第6.4节测试 定积分应用举例

-6.5 反常积分

--6.5.1 反常积分(1)

--6.5.2 反常积分(2)

--6.5.3 反常积分(3)

--6.5.4 反常积分(4)

--第6.5节测试 反常积分

第七章 无穷级数

-7.1 无穷级数

--7.1.1 无穷级数

--第7.1节测试 无穷级数

-7.2 正项级数

--7.2.1 正项级数

-7.3 比值判敛法和根式判敛法

--7.3.1 比值判敛法和根式判敛法

--第7.3节测试 比值判敛法和根式判敛法

-7.4 一般项级数

--7.4.1 一般项级数(1)

--7.4.2 一般项级数(2)

--第7.4节测试 一般项级数

-7.5 幂级数

--7.5.1 幂级数

-7.6 函数的幂级数

--7.6.1 函数的幂级数

--第7.6节测试 函数的幂级数

-7.7 泰勒级数

--7.7.1 泰勒级数

--第7.7节测试 泰勒级数

-7.8 幂级数的简单应用

--7.8.1 幂级数的简单应用

第八章 常微分方程

-8.1 一阶可求解常微分方程

--8.1.1 一阶可求解常微分方程

--第8.1节测试 一阶可求解常微分方程

-8.2 一阶线性微分方程

-- 8.2.1 一阶线性微分方程(1)

--8.2.2 一阶线性微分方程(2)

--第8.2节测试 一阶线性微分方程

-8.3 二阶线性常系数微分方程

--8.3.1 二阶线性常系数微分方程(1)

--8.3.2 二阶线性常系数微分方程(2)

--8.3.3 二阶线性常系数微分方程(3)

--第8.3节测试 二阶线性常系数微分方程

-8.4 常系数微分方程简单应用举例

--8.4.1 常系数微分方程简单应用举例(1)

--8.4.2 常系数微分方程简单应用举例(2)

期末考试

-期末考试

--期末考试说明

-期末考试--期末考试

1.2.5 极限的概念(5)笔记与讨论

也许你还感兴趣的课程:

© 柠檬大学-慕课导航 课程版权归原始院校所有,
本网站仅通过互联网进行慕课课程索引,不提供在线课程学习和视频,请同学们点击报名到课程提供网站进行学习。