数列の極限

収束

\(n \to \infty\)の時、\(a_n\)が一定の値\(\alpha\)に近づくとき、数列\(\{a_n\}\)は、

  • \(\alpha\)に収束する
  • 極限値\(\alpha\)を持つ

といい、

$$ lim_{n \to \infty} a_n = \alpha $$

$$ a_n \to \alpha \ (n \to \infty) $$

\(\epsilon – N \)論法

数列の収束

ε-N 論法を使った証明について

数列\(\{a_n\}\)が実数\(\alpha\)に収束する

$$ \forall \epsilon \gt 0 \ \exists N = N(\epsilon) \mbox{ s.t. } n \geq N \implies | a_n – \alpha | \lt \epsilon $$

発散

\(n\)を限りなく大きくすると\(a_n\)が限りなく大きくなることを、数列\(\{a_n\}\)は正の無限大に発散するという。

$$ \lim_{n \to \infty} a_n = + \infty $$

$$ a_n \to + \infty \ (n \to \infty) $$

$$ \forall K \gt 0 \ \exists N = N(K) \mbox{ s.t. } n \geq K \implies a_n \gt K $$

\(n\)を限りなく大きくすると\(a_n\)が限りなく小さくなることを、数列\(\{a_n\}\)は負の無限大に発散するという。

$$ \lim_{n \to \infty} a_n = – \infty $$

$$ a_n \to – \infty \ (n \to \infty) $$

$$ \forall K \gt 0 \ \exists N = N(K) \mbox{ s.t. } n \geq K \implies a_n \lt K $$

数列の極限の性質

\(\displaystyle \lim_{n \to \infty} a_n = \alpha , \displaystyle \lim_{n \to \infty} b_n = \beta\)の時、次が成り立つ。

$$ \lim_{n \to \infty} (a_n \pm b_n) = \alpha \pm \beta $$

$$ c \in \mathbb{R} \ \lim_{n \to \infty}c a_n = c \alpha $$

$$ \lim_{n \to \infty} a_n b_n = \alpha \beta $$

$$ \beta \neq 0 \ \lim_{n \to \infty} \frac{a_n}{b_n} = \frac{\alpha}{\beta} $$

$$ \forall n \in \mathbb{N} \ a_n \leq b_n \implies \alpha \leq \beta $$

挟み撃ちの原理

$$ \lim_{n \to \infty} a_n = \lim_{n \to \infty} c_n = \alpha , \ \forall n \in \mathbb{N} \ a_n \leq b_n \leq c_n \implies \lim_{n \to \infty} b_n = \alpha $$