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序列收敛

Convergence of a sequence

序列项最终任意接近某个极限值。

条目类型
定义

形式陈述

实数序列 (an) 收敛到 LR,记作 anL,当且仅当

ε>0NNnN,|anL|<ε.

极限若存在则唯一。在度量空间中,只需把绝对值替换为距离 d(an,L)

直觉

“最终全部进入”比“无穷多次进入”强:前者不允许序列在靠近极限后又不断远离。收敛只关心尾部,所以修改有限多项不改变极限。误差阈值越小,允许选择越晚的起始位置;定义并不要求存在统一的收敛速度公式。

例子与边界

an=1/n 收敛到 0:给定 ε>0,取 N>1/ε 即可。(1)n 不收敛,因为它无限次停留在 11,无法最终进入任何足够小的单一邻域。偶尔接近 L 或存在收敛子序列都不足以推出原序列收敛。

an=(n+1)/(2n1)

|an12|=34n2,

给定 ε>0 可取 n>(3+2ε)/(4ε)。序列 sinn 有许多聚集行为却不收敛;仅证明相邻差 an+1an0 也不够,调和部分和就是反例。

推论与应用

序列配合极限得到收敛,Cauchy 性则只比较尾部各项而不预知极限。每个收敛实数序列都有界,和、积及连续函数在相应条件下保持极限。实数完备性保证实 Cauchy 序列确有极限;级数、迭代算法、函数逼近和离散时间随机过程都把复杂对象转化为部分和或状态序列后研究这一尾部稳定性。

数值分析还要在这个拓扑定义之上说明收敛怎样发生。Q 收敛与 R 收敛描述误差序列的渐近速度,网格收敛则研究离散尺度 h0 时重构解是否逼近连续解;两者都需要额外的误差度量和稳定性条件,不能由“存在极限”一项替代。

参考资料
  • Stephen Abbott, Understanding Analysis, 2nd ed., Springer, 2015, Chapter 2.
  • Walter Rudin, Principles of Mathematical Analysis, 3rd ed., McGraw-Hill, 1976, Chapter 3.
关系图谱54 个相邻概念 · 1 类关系

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