当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第一章 实数与函数 > 第一节 实数集的界与确界 > 实数集的界
我们微积分研究的对象是函数
而我们研究函数所用的理论基础
是实数的连续性
在微积分课程里面
我们是承认了有界集存在确界
从这个基础上我们建立了实数的连续性
进而讨论函数的性质
我们第一章介绍的内容就是实数集与函数
也就是实数与函数
我们先看一下什么叫一个实数集是有界的
我们第一节介绍的是实数集的界与确界
关于一个数集是有界的
或者一个数集是无界的
我们在中学学几何时实际就碰到过有界集和无界集
譬如说我们把一个班同学的身高
以米为单位就构成一个数集
这个数集我们知道它就是一个有界集
而我们平时经常用到的一些数集
譬如说正整数集
正整数集就是个无界集
对于一个一般的实数集来说
我们怎么样用数学的语言来刻画
它是有界还是无界的
我们来看一下实数集界的概念
实数集的界
我们先给出界的定义
也就是说我假设A是个非空实数集
M是个大于零的实数
如果对任意的x属于A
我们总有x的绝对值不超过M成立
这时我们就说这个实数集是个有界集
实数M成为这个有界集的界
这是一个实数集有界的定义
有时候一个实数集它可能满足这个性质
也就是说存在一个实数M1
然后对任意的x属于A
都有x不超过M1
这时我们就说这个实数集是有上界的
M1称为这个集合的上界
类似的我们可以给出一个集合下界的概念
这是关于一个数集有界
或者是有上界 有下界的定义
对于一个数集来说
它有界和它有上界和有下界之间是什么关系
我们给出一个结论
这个结论也就是
一个非空实数集有界的充分必要条件是
它既有上界又有下界
这是我们得到的关于实数集的界
与上界和下界的关系
关于这个定理我们给出一个简单的证明
关于数学证明我们知道
在初学者中说做数学题 计算题
好像还行
因为他认为计算题就是直接代公式
进行计算就可以了
而证明题往往是说结论一看是显然的
但是证明好像觉得无从下手
什么叫数学证明
所谓证明也就是说从条件出发
我们能够经过严格的逻辑推导
得到我们所要的结果
所以一个证明方法
也就是说我们能够建立起
从条件到结论的一个逻辑关系
就这个具体的结论来说
我们需要证明两个方面
我们先来看一下必要性的证明
这时我们的条件是集合A是个有界集
也就是说存在M大于零
对任意的x属于A
我们都有x的绝对值是不超过M的
或者是说小于等于M的
根据不等式的概念
也就是x大于等于负M小于等于M
在这个不等式里面
右边这个不等号
正好是这个数集有上界的定义
而左边这个不等号
当然是这个数集有下界的概念
所以说这样我们就证明了
一个有界集它是既有上界又有下界的
我们再来看一下它的充分性证明
所谓充分性证明
也就是说这时我们的条件是
集合A是个既有上界又有下界的集合
我们假设它的上界是M1 下界是M2
也就是说对任意的x属于A
我们都有x小于等于M1大于等于M2
我们现在取M是M1和M2的绝对值里面
那个最大的
我们根据绝对值的概念知道
这样取得的这个非负实数M
它就满足对所有的x属于A
X的绝对值都不超过M
这正好是这个数集有界的概念
这样我们既证明了它的必要性
又证明了它的充分性
当然也就证明了我们要证的这个定理
所以数集有界的充分必要条件是
既有上界又有下界
有时候我们在处理数集问题时
还会碰到这样的问题
也就是说你怎么样来刻画一个集合是无界的
这也是我们在学习微积分的过程中
经常碰到的一类问题
也就是说我们从逻辑上怎么来否定一个东西
我们来具体看一下所谓集合有界的定义
所谓一个集合有界
也就是说我存在一个大于零的实数
使得它满足什么性质
我否定它也就是说不存在
不存在就是对所有的都不行
所以说我们否定存在
那么也就是说对任意的M大于零都不行
所谓都不行也就是说
并不是集合A中的元素x
它都满足绝对值不超过M
不是所有的都满足
那么至少应该有一个x属于A是不满足的
对任意的M大于零 我么能找到x属于A
使得x的绝对值是大于M的
如果对一个集合能够满足这个性质
我们自然就说这个集合是无界的
关于否定一个结论
应该是我们在学习数学概念中
比直接去掌握一个结论
难度更大的一个问题
在后面我们讨论其他问题时
我么还会碰到类似的问题
通过我们的学习我们会逐渐掌握这种方法
接下来我们看两个例题
第一个例题也就是我们要证明一下
这个数集它是无界的
这个数集就是我们平时用到的正整数集
也就是说我们要证明正整数集是个无界集
实际上正整数集当然是个无上界的集合
我们来看一下怎么证明
所谓证明根据定义
也就是说任给一个M大于零
现在我来看在这里面能不能找到一个正整数
比M来的还大
现在我就取M的整数部分
用这个记号表示M取整
我为了更能说明问题我给它加上1
这个我就把它记成N0
那么我们知道这个N0自然是个正整数
而且根据这个取整的运算我们还知道这个M0
它自然应该是大于M的
这样我们就证明了这样一个结果
对任意的M大于零
我总能在正整数集合里找到一个数
这个数比M来的还大
这正好是这个集合没有上界的概念
接下来我们看第二个例子
我们证明这个实数集也就是N乘上sin二分之Nπ
N是正整数
证明这个实数集是无界的
这个我们在证明过程中
就需要大家了解正弦函数的性质
实际上也就是要了解
当这个角的终边落在坐标轴上时正弦函数的取值
对这个题目来说
任给M大于零我可以取
一个N0 譬如说是等于M取整乘上2再加上1
这样取完之后我们来看一下
对这个N0它对应的这个数的绝对值是什么
N0sin二分之N0π取绝对值
这个时候也就是等于
2倍的M取整加1
再乘上sin 这是一个M取整乘上π
再加二分之π
我们知道这一个正弦值
它是等于正1或是负1
绝对值总是等于1的
所以说对这个N0对应的元素来说
这个结果也就是2倍的M取整加1
它自然是大于M的
所以对这个数集我们这样取这个N0
就证明了对任意的M大于零
在这个数集里面总能找到一个数
这个数的绝对值是大于M的
所以它也是无界的
这样我们就介绍了一个集合它的界的概念
上界和下界的概念
以及界与上下界之间的关系
同时我们也知道
怎么样说明一个集合是无界的
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
-第四节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
--第二换元法
-第二节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习