当前课程知识点:微积分I > 第二章 极限与连续 > 2.1 数列的极限 > 2.1.1 数列极限的描述性定义
同学们
上一章大家已经学习了
函数的基本概念以及相关性质
今天我们将给大家介绍数列极限的描述性定义
极限概念是由
求某些实际问题的精确解而产生的
正是由于极限的概念
建立了有限与无限
变与不变的联系
由极限概念产生的极限理论
则构成了微积分的基础
而微积分的创立
不仅完成了常量数学到变量数学的跨越
同时也开启了现代数学之门
只有掌握了极限理论
才能深入的解释和理解
微积分理论乃至现代数学的思想和方法
数列极限是极限概念产生的最初源头
它起源于用圆的内接正多边形
求圆面积的方法
古希腊人
用穷竭法求圆面积
及不断的做圆的内接正多边形
随着多边形边数
逐次成倍增加
圆面积
将被内接正多边形的面积所穷竭
而在中国古代数学家
刘徽不仅建立了割圆术
还建立了计算相应数列极限的方法
下面我们来看看刘徽割圆术
刘徽割圆术的基本思想
是用圆的内接正多边形面积去逼近圆面积
求内接正多边形面积的关键是求出其一边之长
刘徽采用了如下逐次逼近的方法
为使讨论简单化
考虑单位圆的内接正多边形
设
AB=aₙ 是单位圆的内接正n 边形的边长
AB'= a₂ₙ 是内接正 2n 边形的边长
为了由内接正多边形面积
逐次逼近圆面积
考虑
建立aₙ 与a₂ₙ 的关系
做辅助线AC则由勾股定理
OC=√(1² -(AB/2) ² )=√(1² -(aₙ/2)²)
CB'=1-OC=1-√(1-(aₙ /4) ²)
而AB'=a₂ₙ=√((AC)²+(CB' )²)
最终等于√(2-√(4-aₙ²))
于是得递推关系式
a₂ₙ =√(2-√(4-aₙ²))
其中n ≥ 6
否则a₆=1
设圆的内接正六边形面积为a₁
内接正十二边形的面积为a₂
内接正二十四边形面积为a₃
由上述递推关系可得一系列
圆内接正多边形面积值a₁ a₂ a₃ aₙ
刘徽一直求到了圆的内接正3072边形的面积
利用这列有序数
刘徽计算出了较前人精确得多的圆面积的值
并求得了圆周率为 3.1416
刘徽割圆术所带来的意义
一 、是建立了数列的概念
二 、是蕴含的极限的原始思想
下面我们来介绍数列的一般定义
如果按照某一法则有第一个数x₁
第二个数x₂这样依次排序使得
对应任何一个正整数n有一个确定的数xₙ
那么这列有序的数x₁ x₂ ...,xₙ
就叫做数列记作xₙ
数列中的每一个数叫做数列的项
第n项xₙ叫做数列的一般项
实际上数列的概念
是整标函数的概念
即自变量取全体自然数
并按自然数的排列顺序变化的一种特殊函数
x ₙ = f( n ),( n = 1,2,3,..)
下面这些例子中
数列就是作为整标函数的例
例1 1/2ⁿ
其项xₙ=f(n)=1/2ⁿ
序列的项依次为
1/2 ,1/4 ,1/8 ,1/2ⁿ
例2 {n/n+1}
数列的项xₙ=f(n)=n/(n+1)
数列的项依次为1/2 ,2/3 ,3/4, n/(n+1)
例3 (-1)ⁿ⁻¹
数列的项xₙ=f(n)=(-1)ⁿ⁻¹
数列项依次为1, -1 ,1 ,-1
有了数列的定义之后
就可以描述数列极限的概念了
首先我们可以从
刘徽割圆术中发现
圆的内接正多边形面积构成一个数列
A₁ ,A₂ ,A₃ ,Aₙ
这一数列中的各项 Aₙ 虽都不是圆面积A
但是
具有如下特点
即当n越大时
Aₙ作为圆面积的A近似值就越精确
但不论n取的如何大
只要取定了n
Aₙ终究只是
A的具有某种精确度的近似值
而非精确值
为求A的精确值
只有让n无限增大
而当n→∞时 就有Aₙ→A
对于一般的数列{xₙ}总会出现两种情形
一、是当n→∞时 xₙ→a
二、是当n→∞时
xₙ不趋于任何确定的数
例如xₙ=sinn n不趋于任何常数a
下面我们来看数列极限的描述性定义
设有数列xₙ如果当n无限增大时
xₙ无限接近于一个常数a
则称当n 无限增大时
数列xₙ的极限为a
或数列xₙ收敛于a
常数a称为数列xₙ的极限
记作limxn n→∞=a
或xₙ→a 在n→∞时
如果当n 无限增大时
xₙ 不趋项于任何常数
就称数列xₙ 的极限不存在
或数列发散
数列极限的描述性定义
直观的描述了数列极限的概念
对于比较简单的数列
一般我们可以通过观察来
来确定它是否有极限
例由定义判别数列1/2ⁿ的敛散性
在求解时
我们利用观察法
考察给定数列的通项
是否趋向于一个确定常数
事实上因为当n→∞时
1/2ⁿ→0
故该数列收敛且极限为0
同学们可以用类似方法对较为简单的数列进行判断
下面我们总结一下
同学们
在此处
我们重点介绍了数列极限的描述性定义
下次我们将为大家介绍极限的精确定义
好
本次内容到此为止
谢谢大家
-1.1 预备知识
--1.1.2本节作业
-1.2 函数的概念
--1.2.2 本节作业
-1.3 函数的基本特性
--1.3.2 本节作业
-1.4 反函数与复合函数
--1.4.2 本节作业
-1.5 基本初等函数与初等函数
--1.5.2 本节作业
-1.6 经济学中几个常见的函数
--1.6.2 本节作业
-第一章单元练习
--习题训练
-2.1 数列的极限
--2.1.3 本节作业
-2.2 函数的极限
--课堂思考
--2.2.4 本节作业
-2.3 无穷小量与无穷大量
--课堂思考
--2.3.4 本节作业
-2.4 极限的性质
--课堂思考
--2.4.4 本节作业
-2.5 两个重要极限
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--2.5.9 本节作业
-2.6 函数的连续性
--课堂思考
--2.6.6 本节作业
-第二章单元练习
--习题训练
-3.1 导数的概念
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--3.1.7 本节作业
-3.2 求导法则
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--课堂思考(三)
--3.2.8 本节作业
-3.3 高阶导数
--3.3.3 本节作业
-3.4 函数的微分
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--3.4.8本节作业
-3.5 导数与微分的简单应用
--3.5.4本节作业
-第三章单元练习
--习题训练
-4.1 中值定理
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--4.1.7 本节作业
-4.2 洛必达法则
--课堂思考
--4.2.4 本节作业
-4.3 函数的单调性与极值
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--4.3.5 本节作业
-4.4 函数的最值及应用
--4.4.3 本节作业
-4.5 函数曲线的凹凸性与拐点
--课堂思考
--4.5.4 本节作业
-4.6 函数的微分法作图
--课堂思考
--4.6.5 本节作业
-第四章单元练习
--习题训练
-5.1 不定积分的概念与性质
--5.1.4 本节作业
-5.2 换元积分法
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--5.2.5 本节作业
-5.3 分部积分法
--课堂思考
--5.3.2 本节作业
-5.4 有理函数的积分
--5.4.3 本节作业
-第五章单元练习
--习题训练
