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Limit of a Sequence (数列的极限)在线视频

Limit of a Sequence (数列的极限)

下一节:Theorems on Limits of Sequences (数列极限定理)

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Limit of a Sequence (数列的极限)课程教案、知识点、字幕

同学们你们好

欢迎来到 mooc在线课程微积分

上一章我们学习了

实数的各种基础知识

在这一章 我们将学习

实数的序列 也就是数列

关于数列 我们学习的重点

是数列的极限

我们将使用一种非常严密而精确的逻辑语言

来定义什么叫做数列的极限

这种语言就是 εN语言

它是整个微积分的核心内容之一

希望同学们认真的学习和体会

好的 下面我们从数列谈起

Chapter Two Sequences 数列

Unit One Limit of a Sequence

数列的极限

Section One Definition of a Sequence

数列的定义

同学们 我们先从基础的定义入手

首先讲一下 什么是数列

definition

a sequence is an ordered set of numbers

一个数列呢 就是有序的数集

这个有序的数集

通常其中的元素 用U1 U2 U3

so on 来代表

也就是说 它是编好序的一个集合

那么整体上呢

我们用一个花括号里边写上 Un

这样的符号来表示一个具体的数列

so we denote by braces of

Un a sequence

我们说 一个数列中的元素

用u 小标n来表示

那么这个特殊的Un

就叫做这个数列的第n项

the n-th term of the sequence

注意 我们通常考虑的这个数列

都是指无穷数列

infinite sequences

we only consider infinite sequences

那么 所谓无穷数列 意思就是说

n 从1开始没有截止

也就是说n可以任意的大

so we say that n goes from one to infinity

下面 就是无穷数列的抽象定义

好的 我们来看一个具体的例子

example 1.2

we take Un equals one over two n minus one

where n starts from one and two

and three and so on

so this sequence Un

is an infinite sequence

请看 我们这里把

具体的第n项用具体的式子写出来了

所以这就是一个具体的例子

好 刚才这个例子中的点列

我们可以用一个具体的图像来表示

请看 这里 我们把刚才这个例子

用一串点列来表示出来

就像我们用函数的图像

来表示一个函数一样的道理

当然 因为数列 是一些离散变量的函数

也就是说它的变量实际上只有n

而不是函数变量中的x

因此我们画出来的通常都是

这样离散的点列

Section Two Limit of a Sequence

数列的极限

同学们 在第一章中

我们接触到了 上确界 下确界

聚点 等等这种概念

这些概念有点像极限

但是 它还不是真正的极限

现在我们要来严格定义极限

我们要特别定义什么是数列的极限

我们还是要像 定义上确界下确界那样

用非常严格的语言来定义它们

下面请看定义2.1

definition two point one

given a sequence Un

给定某个数列Un

we say the limit of the sequence Un

is l which is some number in R

我们称 某一个数l

是这个数列Un的极限

如果以下的条件成立

if the following condition is satisfied

好 下面是我们的重点

就是 极限的条件 请看

for all ε which is positive

there exist some N which is a positive integer

对任意的ε大于0

存在某一个N N是一个正整数

注意这个N它是由小ε来决定的

so it depends only on ε

such that for all little n bigger than big N

对任意的小n大于大N

注意 小n是脚标

而大N是刚才指定的那个自然数

we have the absolute value of Un

minus l less than ε

Un减去l的绝对值要小于ε

整个这些条件要连起来理解

也就是说 我们再看一遍

任意的ε大于0 存在着某一个

只依赖于ε的大N

使得对任意的比大N还大的脚标n而言

都有Un减去l的绝对值小于ε

那么整个这句话可以这样理解

对任意指定的误差ε

存在着某一个起始的指标大N

从这个起始指标大N开始

所有的数列中的项Un和l的差

也就 是Un 和它的极限l的距离

不能超过指定的误差ε

这就是极限的定义

in this case we write Un

approaches l as n goes to infinity

or limit as n goes to infinity

Un equals l

也就是表示

Un在n趋近于无穷时候的极限是l

以上就是极限的定义

接下来我们还有一个定义

definition 2.2

if a sequence has a limit

which must be unique

给定的一个序列

如果它有一个极限的话

那么这个极限一定是唯一存在的

we say that the sequence is convergent

这个时候呢 我们称这个序列是收敛的

convergent

otherwise it is called divergent

否则称为 发散的

也就是说 有的数列它有极限

有的数列它没有极限

我们还是来看一个具体的例子吧

example

suppose that Un equals

three n plus one over n

假设现在我们指定的这个数列

它的第n项是3n加1除以n这种样子

那么 它有没有极限呢

实际上 这个时候

the sequence is convergent

它是有极限的

也就是说它就是收敛的

那么它的极限是多少呢

the limit of Un is three

这是为什么呢

我们来给一个严格的证明

好 请看我们的证明

proof of this fact

for all ε positive we take big N

equals bracket of one over ε plus one

同学们 这里 我们有一个特殊的记号

就是ε分之一加一个方括号

这个意思它表示ε分之一

这个数的整数部分

因为ε分之一 它毕竟是一个正数

它有不超过它的最大的正整数

也就是它的整数部分

好的 这样我们把 大N取定了

我们来 看看这个大N

是否满足极限定义中的要求

then for all little n bigger than big N

对任意的小n大于大N

we have 我们来检验一下

Un minus three the absolute value

看一下Un减3 的绝对值会怎样

它会等于

three n plus one over n minus three

这就是定义 再算出来呢

实际上就是n分之一了

好了 那这个结果会不会小于ε呢

我说一定会为什么呢

因为 小n分之一一定会小于大N分之一

因为小n比大N大

好了 大N分之一它就会比ε要小

这是因为 我们刚才取的大N

它一定会大于ε分之一

同学们这里一定要认真的思考一下

这里的一些细节

由此可见 我们对 任意的ε

所取的大N 满足极限定义中的要求

这样我们就证明了刚才这样的事情

好的 我们接下来 再看一个例子

example 2.4

limit n goes to infinity arctan n

当 n 趋近于无穷的时候

这个数列是 arctan n

当然 arctan 它是反三角函数

这个函数我们会在第三章中

再做一次详细的解释

如果同学们不太明白 arctan n的话

那么这个地方我们可以先放一下

好的 对于这个极限

我们说 它的极限是 二分之π

这个事实的证明 有点复杂

我们可以在本课的一些参考材料中

找到具体的证明

我们在本堂课就不做详细的解释了

总之 我们可以用一个图

来看出来这件事情

the graph of this example Is shown below

请看下面的图

这里呢 我们画出了 arctan n

在n趋近于非常大的时候的走向

它是一串连续的点列

我们看到当n越来越大的时候

它的确是越来越靠近

二份之π 这条线的

我们再看一个例子

example 2.5

suppose that Un equals n square

我们取的这个数列 第n项

是 n的平方 那么这个数列

它实际上就没有极限

所以 我们说这个数列

它是发散的数列

this sequence is divergent

当然要证明这件事情

也并不是很困难

其实最简的方法

就是看一下它的图像就可以了

请看 我们这里画的是

Un equals n square 这个数列的图像

我们看到 随着n 越来越大

这个数列的值 也是越来越大

它并不趋向于某个特定的值

因此 不可能找到

它的一个具体的极限

它一定是没有极限的

所以说它是发散的数列

同学们 刚才这些例子

都比较简单 其中有一个例子

我们还给出了 具体的证明过程

在一开始接触到极限的时候

我们的确要证明一个极限

是需要用 εN 这种语言去证明它

用严格的方法

那么随着我们学习的知识越来越多

后面我们求极限

或者证明极限的时候

就要逐渐摆脱这种语言了

而用其他的方法

这是我们后面的内容

好的 现在我们留给同学们

一个课后思考题

刚才我们定义了

什么时候我们称 序列有极限

那么对于极限不存在的情况

我们应该怎样定义呢

也就是说 能不能找到

严格的 εN 这种语言来定义什么叫做

一个数列不存在极限

希望同学们课后认真地

把这个定义自己揣摩出来

好的 同学们

以上就是本讲的全部内容

在这一讲中 我们学习了

微积分中最核心的概念之一

也就是数列的极限

这个概念在今后的学习中

我们还要反复用到

希望同学们在课后

结合习题 加深理解和体会

在下一讲中 我们将学习

如何使用简单的极限

来求出复杂的极限

好的 同学们 我们下一讲 再见

微积分-1课程列表:

Chapter 1 Numbers and Sets 数域与集合 (first part)

-Unit 1 Review of Real Numbers (回顾实数)

--Review of Real Numbers (回顾实数)

--Exercise1-1

-Unit 2 Exponentiations, Logarithms and Sets (指数、对数与集合)

--Exponentiations, Logarithms and Sets (指数、对数与集合)

--Exercise 1-2

-Unit 3 Limit Points, Open and Closed Sets (聚点、开集与闭集)

--Limit Points, Open and Closed Sets (聚点、开集与闭集)

--Exercise-1-3

Chapter 1 Numbers and Sets 数域与集合 (second part)

-Unit 4 Bounds and Completeness (有界性与完备性)

--Bounds and Completeness (有界性与完备性)

--Exercises-1-4

-Unit 5 Complex Number System, Algebraic and Transcendental Numbers (复数、代数数与超越数)

--Complex Number System, Algebraic and Transcendental Numbers (复数、代数数与超越数)

--Exercise-1-5

-章节测验1

--章节测试1

Chapter 2 Sequence 数列 (first part)

-Unit 1 Limit of a Sequence (数列的极限)

--Limit of a Sequence (数列的极限)

--Exercises-2-1

-Unit 2 Theorems on Limits of Sequences (数列极限定理)

--Theorems on Limits of Sequences (数列极限定理)

--Exercises-2-2

-Unit 3 Infinity and Bounded Monotone Sequences (无穷大和单调有界数列)

--Infinity and Bounded Monotone Sequences (无穷大和单调有界数列)

--Exercises-2-3

Chapter 2 Sequence 数列 (second part)

-Unit 4 Limit Superior and Limit Inferior (上极限和下极限)

--Limit Superior and Limit Inferior (上极限和下极限)

--Exercises-2-4

-Unit 5 Nested Intervals Theorem and Cauchy’s Convergence Criterion (区间套定理和柯西收敛准则)

--Nested Intervals Theorem and Cauchy’s Convergence Criterion (区间套定理和柯西收敛准则)

--Exercises-2-5

-章节测验2

--章节测试2

Chapter 3 Functions, Limits and Continuity 函数,极限与连续性(first part)

-Unit 1 Functions and Graphs (函数与图像)

--Functions and Graphs (函数与图像)

--Exercises-3-1

-Unit 2 Algebraic Function,Transcendental Functions and Inverse Trigonometric Functions (代数函数,超越函数与反三

-- Algebraic Function,Transcendental Functions and Inverse Trigonometric Functions(代数函数,超越函数与反三角函数)

--Exercises-3-2

-Unit 3 Hyperbolic Functions and Inverse Hyperbolic Functions (双曲函数与反双曲函数)

--Hyperbolic Functions and Inverse Hyperbolic Functions(双曲函数与反双曲函数)

--Exercises-3-3

-Unit 4 Maximum and Minimum, Increasing and Decreasing (极大值与极小值,单调增与单调减)

--Maximum and Minimum, Increasing and Decreasing (极大值与极小值,单调增与单调减)

--Exercises-3-4

Chapter 3 Functions, Limits and Continuity 函数,极限与连续性(second part)

-Unit 5 Limits of Functions (函数的极限)

--Limits of Functions(函数的极限)

--Exercises-3-5

-Unit 6 Infinity (无穷)

--Infinity (无穷)

--Exercises-3-6

-Unit 7 Theorems on Limits and Special Limits (极限相关定理与特殊极限)

--Theorems on Limits and Special Limits (极限相关定理与特殊极限)

--Exercises-3-7

Chapter 3 Functions, Limits and Continuity 函数,极限与连续性 (last part)

-Unit 8 Continuities (连续性)

--Continuity (连续性)

--Exercises-3-8

-Unit 9 Theorems on Continuity (关于连续性的定理)

--Theorems on Continuity (关于连续性的定理)

--Exercises-3-9

-Unit 10 Piecewise Continuity, Uniform Continuity, and Discontinuities (分段连续性, 一致连续性与不连续性)

--Piecewise Continuity, Uniform Continuity, and Discontinuities (分段连续性, 一致连续性与不连续性)

--Exercises-3-10

-Unit 11 Infinitesimals and Bounded Quantities (无穷小量与有界量)

--Infinitesimals and Bounded Quantities (无穷小量与有界量)

--Exercises-3-11

-章节测验3

--章节测试 3

Chapter 4 Derivatives 导数 (first part)

-Unit 1 Basics of Derivatives (导数基本定义)

--Basics of Derivatives (导数的基本定义)

--Exercise-4-1

-Unit 2 Differentiability on Intervals, Piecewise Differentiability and Differentials (区间上的可微性,逐段可微性与

--Differentiability on Intervals, Piecewise Differentiability and Differentials (区间上的可微性,逐段可微性与微分)

--Exercise-4-2

-Unit 3 Basic Methods of Differentiation (基本求导方法)

--Basic Methods of Differentiation (基本求导方法)

--Exercise-4-3

Chapter 4 Derivatives 导数 (second part)

-Unit 4 Derivatives of Commonly Used Functions (常见函数求导)

--Derivatives of Commonly Used Functions (常见函数求导)

--Exercise-4-4

-Unit 5 Higher Order Derivatives and Mean Value Theorem (高阶导数与中值定理)

--Higher Order Derivatives and Mean Value Theorem (高阶导数与中值定理)

--Exercise-4-5

-Unit 6 L'Hospital's Rules (洛必达法则)

-- L'Hospital's Rules (洛必达法则)

--Exercise-4-6

Chapter 4 Derivatives 导数 (last part)

-Unit 7 The First and Second Derivative Tests (导数判别法)

--The First and Second Derivative Tests (导数判别法)

-Unit 8 The Taylor Formula (泰勒公式)

--The Taylor Formula (泰勒公式)

--Exercise-4-8

-章节测验 4

--章节测试4

Chapter 5 Integrals 积分(first part)

-Unit 1 Definite Integrals and Numerical Methods (定积分与数值方法)

-- Definite Integrals and Numerical Methods (定积分与数值方法)

- Exercise 5-1

-Unit 2 Properties of the Definite Integrals and the Fundamental Theorem of Calculus (定积分的性质与微积分基本定理)

--Properties of the Definite Integrals and the Fundamental Theorem of Calculus (定积分的性质与微积分基本定理)

--Exercise-5-2

-Unit 3 Integrals of Elementary Functions and Integration by Substitution (初等函数的积分,换元法)

--Integrals of Elementary Functions and Integration by Substitution (初等函数的积分,换元法)

--Exercise-5-3

-Unit 4 Integration by Parts and Special Techniques(分部积分法与特殊技巧)

--Integration by Parts and Special Techniques(分部积分法与特殊技巧)

--Exercise-5-4

Chapter 5 Integrals 积分(second part)

-Unit 5 Integrations of Rational Fractions and Trigonometrical Rational Functions(有理分式函数与三角有理函数的积分)

-- Integrations of Rational Fractions and Trigonometrical Rational Functions(有理分式函数与三角有理函数的积分)

--Exercise-5-5

-Unit 6 Arc Length(弧长)

--Arc Length(弧长)

--Exercise-5-6

-Unit 7 Areas and Volumes(面积与体积)

--Areas and Volumes(面积与体积)

--Exercise-5-7

-章节测验5

--章节测试5

课程讲义

-课程讲义

Limit of a Sequence (数列的极限)笔记与讨论

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