數列及其極限
數列的極限
把數列的各項想像成一根接一根落在數線上的圖釘。對某些數列而言,這些圖釘越來越緊密地聚攏在某一點周圍,以致從某處之後,幾乎所有圖釘都落在你圍繞該點畫出的任意小視窗之內。那個目標點就是極限:當你不斷往後走時,各項任意逼近的那個值。
若數列 (a_n) 的各項最終進入並停留在 L 的任意給定容差之內,我們就說該數列以 L 為極限,記作 a_n -> L 或 lim a_n = L。關鍵詞是「進入並停留」:偶爾造訪 L 附近並不夠;從某個索引起,各項必須一直保持接近。下一詞條給出這一思想精確的 epsilon-N 表述。
極限若存在,則唯一——一個數列不可能同時逼近兩個不同的值。但存在性並無保證:許多數列根本沒有極限。誠實地區分「極限為 L」與「極限不存在」,是嚴格分析的首要功夫之一,這也是為什麼非正式的「逼近」一詞終究必須被精確定義所取代。
對 a_n = (n + 1)/n = 1 + 1/n,各項為 2, 3/2, 4/3, 5/4, ...,極限是 1,因為 1/n -> 0。各項從不等於 1,卻任意逼近它。
數列可以收斂到一個它實際上從未取到的值。
極限的唯一性是一個小定理,而非公理:若 a_n -> L 且 a_n -> M,取容差小於 |L - M| 的一半即可推出 L = M。
另見