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数列の極限とは

数列は自然数を添字とする数の並びで、一般項を ana_n と書きます。このサイトでは 0N0\in\mathbb N ですが、数列の初項を n=0n=0 とするか1とするかは文脈で明記します。

証明

LML\ne M の両方へ収束すると仮定し、ε=LM3\varepsilon=\frac{|L-M|}{3} とします。十分後の項は LLMM の両方から ε\varepsilon 未満ですが、三角不等式から LM<2LM3|L-M|<\frac{2|L-M|}{3} となり矛盾します。

証明

anLa_n\to L とします。誤差1以内に入る NN 以降では an<L+1|a_n|<|L|+1。それ以前は有限個なので、その絶対値の最大値と L+1|L|+1 の大きい方で全項を抑えられます。

収束列では和・差・積の極限をそれぞれ計算できます。商では分母の極限が0でないことが必要です。anbncna_n\le b_n\le c_n かつ両端が同じ LL へ収束すれば bnLb_n\to L です。これがはさみうちです。

単調で有界な実数列は収束します。この定理は実数の完備性に依存します。有界だけでは (1)n(-1)^n、単調だけでは nn が反例です。

Q有理式の極限★☆☆

3n2n+4\frac{3n-2}{n+4} の極限を求めてください。

HINTヒントを見る

分子分母を nn で割ります。

ANS解答を見る

32n1+4n3\frac{3-\frac{2}{n}}{1+\frac{4}{n}}\to3 です。

Qはさみうち★★☆

an=1+(1)nna_n=\frac{1+(-1)^n}{n} の極限を求めてください。

HINTヒントを見る

0an2n0\le a_n\le\frac{2}{n} です。

ANS解答を見る

両端が0へ収束するので an0a_n\to0 です。

Q反例★★★

「有界な数列は収束する」を反例で否定してください。

HINTヒントを見る

二つの値を交互に取ります。

ANS解答を見る

an=(1)na_n=(-1)^nan1|a_n|\le1 ですが、偶数項と奇数項が異なる値を取り続けるため収束しません。