基礎:何謂分析
不等式的作用
初等代數大多關乎等式——求出使兩邊相等的那個值。分析卻把這翻了過來:它大多關乎不等式,因為要控制一個晃動的、近似的量,你很少能確切知道它,卻可以把它夾在上下界之間。分析者的本能不是「這等於多少?」,而是「它能有多大?」。
不等式是分析的工作語言:幾乎每個論證所擺弄的,是估計與界,而非精確的等式。要證明一個量很小,你就用一個能被你弄小的東西把它從上方界住;要證明某極限成立,你就把一段距離壓到所選的 epsilon 以下。三角不等式 |a + b| <= |a| + |b| 是用得最多的單一工具,它讓你把複雜的表達式一塊一塊地拆開並界住。
這正是為何「只需證明 ... < epsilon」這類話語在證明中俯拾皆是。你追逐的並非誤差項的確切值——只是它的一個可用的上界。需誠實地補充:一個界,好就好在它對目的而言足夠緊。一個仍能擊敗 epsilon 的粗糙估計就是徹底的成功;目標是夠用,而非最優。
在 x = 2 附近界住 |f(x) - L|,其中 f(x) - L = (x - 2) + (x - 2)^2:若 |x - 2| < 1,則 |x - 2|^2 < |x - 2|,於是 |f(x) - L| <= |x - 2| + |x - 2| = 2|x - 2|。這是個粗糙卻夠用的估計;如今取 delta = epsilon/2 便能擊敗任意 epsilon。
一個過於寬鬆、卻仍能擊敗 epsilon 的界,就贏下了整個論證。
另見