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  • 数列柯西收敛准则的子列收敛证明法(取自中科大数分教材)

    中科大的证法是利用子列收敛,华东师范大学是利用构造一个数列
    【数列的柯西收敛准则】
    (数列a_{n}收敛的充要条件是,若forall epsilon>0,exists N,forall m,n>N,)
    (有|a_{n}-a_{m}|<epsilon\)
    (【说明】其含义是,数列a_{n}随着n趋于无穷,各项彼此越靠越近,越往后越近,任给一个任意小的整数,)
    (都能从某项之后,任意两项之间的距离,或者说差的绝对值,都小于这个给定的任意小的数。)
    (也就是,从某项之后,即使距离最大的两项,其距离差,都小于给定的任意小的数\)
    (【证明】)
    (先证明充分性)
    (设forall epsilon>0,exists N, 当m,n>N时,有|a_{m}-a_{n}|<epsilon)
    (即-epsilon<a_{m}-a_{n}<epsilon)
    (a_{n}-epsilon<a_{m}<a_{n}+epsilon)
    (取epsilon=1,则a_{n}-1<a_{m}<a_{n}+1)
    (因为n是大于N的任意的正整数,a_{m}是一个定值,所以forall n,都有a_{m}-1<a_{n}<a_{m}+1)
    (故{a_{n}}有上下界,即有界)
    (因为{a_{n}}是有界数列,有界数列必有收敛子列)
    (设其一个收敛子列为{a_{n_{k}}},设lim_{n oinfty}=a)
    (则forallepsilon,exists N,当n>N_{0}时,有|a_{n}-a|<frac{epsilon}{2})
    (同时,根据题设,exists N_{1},当m,n>N_{1}时,有|a_{n}-a_{m}|<epsilon)
    (设N_{2}=max{N_{0},N_{1}},则当m,n>N_{2}时,)
    (|a_{m}-a_{n}|<frac{epsilon}{2})
    (|a_{m}-a|=|a_{m}+a_{n}-a_{n}-a|)
    (leqslant |a_{m}-a|+|a_{n}-a|)
    (leqslant frac{epsilon}{2}+frac{epsilon}{2}=epsilon)
    (即, forall epsilon>0,当m>N_{2},则|a_{m}-a|<epsilon)
    (即,lim_{n oinfty}a_{m}=a)
    证毕
    (\)
    下面证明必要性
    (设lim_{n o infty}a_{n}=a)
    (forall frac{epsilon}{2}>0,exists N,当m,n>N时,有)
    (|a_{n}-a|<frac{epsilon}{2},|a_{n}-a|<frac{epsilon}{2},)
    (forall m>N)
    (|a_{m}-a_{n}|=|a_{m}-a+a-a_{n}|)
    (leqslant|a_{m}-a|+|a_{n}-a|)
    (leqslantfrac{epsilon}{2}+frac{epsilon}{2})
    (=epsilon)

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