數列及其極限

epsilon-N 定義

正是這個定義把含糊的「各項逼近 L」變成連懷疑論者也無法抵賴的東西。想像一場挑戰遊戲:對手報出一個容差 epsilon,無論多麼小,你都必須保證從某處起每一項都落在 L 的 epsilon 之內。若你總能應戰,則極限為 L。

確切地說:a_n -> L 意味著對每個 epsilon > 0,都存在自然數 N,使得對一切 n > N 有 |a_n - L| < epsilon。拆解這些符號:epsilon 是所要求的接近程度,N 是保證開始生效的索引,而 |a_n - L| < epsilon 表示項 a_n 落在開區間 (L - epsilon, L + epsilon) 內。N 允許依賴於 epsilon——更小的容差通常需要等更久。

量詞的順序至關重要。它讀作「對一切 epsilon,存在 N,對一切 n > N」;若把「對一切 epsilon」與「存在 N」對調,就會錯誤地要求單獨一個 N 同時適用於每個容差。掌握這個定義——以及用於證明發散的它的否定形式——是嚴格分析的入門關卡,因為此後每一個極限概念都仿照它而建。

證明 1/n -> 0:給定 epsilon > 0,取 N 為任一滿足 N > 1/epsilon 的整數。則當 n > N 時有 |1/n - 0| = 1/n < 1/N < epsilon。對每個 epsilon 挑戰都被應下,故極限為 0。

一個教科書式的 epsilon-N 證明:用 epsilon 明確給出 N,再驗證不等式。

嚴格不等號可以無害地放鬆:「對一切 n >= N」或「|a_n - L| <= epsilon」定義的是完全相同的極限。不可放鬆的是量詞的順序。

又稱
epsilon-N criterionepsilon-N 判据epsilon-N 判準