數列及其極限
有界數列
有界數列是其各項絕不越出一個固定圍欄的數列。無論你讀到數列多深處,每一項都待在某個下限與某個上限之間。它不必安頓下來——只是不許逃向正無窮或負無窮。
正式來說,若存在實數 M > 0 使得對一切 n 有 |a_n| <= M,則稱 (a_n) 有界。等價地,所有項都落在區間 [-M, M] 內。這可拆為有上界(存在上界:對一切 n,a_n <= U)與有下界(存在下界:對一切 n,a_n >= L);數列有界當且僅當它既有上界又有下界。
有界性是關於數列的兩個最深刻結果的守門人。每個收斂數列都自動有界,這使有界性成為收斂的一項快捷必要檢查。而由波爾查諾-魏爾斯特拉斯定理,每個有界實數列——哪怕劇烈振盪——都至少有一個收斂子數列。但要當心:僅憑有界並不給出收斂,正如 (-1)^n 所示。
a_n = sin(n) 有界,因為對每個 n 有 |sin(n)| <= 1,故 M = 1 即可;然而它從不收斂。有界數列 a_n = (-1)^n + 1/n 待在 [-1, 1.5] 內,但同樣不收斂。
有界對收斂是必要的,但遠非充分。
界 M 必須同時對一切 n 成立。像 a_n = n 這樣的數列是無界的,儘管每一項都是有限數;沒有單獨一個 M 能把它們全部封頂。
另見