序列及其极限
序列的极限
把序列的各项想象成一根接一根落在数轴上的图钉。对某些序列而言,这些图钉越来越紧密地聚拢在某一点周围,以致从某处之后,几乎所有图钉都落在你围绕该点画出的任意小窗口之内。那个目标点就是极限:当你不断往后走时,各项任意逼近的那个值。
若序列 (a_n) 的各项最终进入并停留在 L 的任意给定容差之内,我们就说该序列以 L 为极限,记作 a_n -> L 或 lim a_n = L。关键词是“进入并停留”:偶尔造访 L 附近并不够;从某个索引起,各项必须一直保持接近。下一词条给出这一思想精确的 epsilon-N 表述。
极限若存在,则唯一——一个序列不可能同时逼近两个不同的值。但存在性并无保证:许多序列根本没有极限。诚实地区分“极限为 L”与“极限不存在”,是严格分析的首要功夫之一,这也是为什么非正式的“逼近”一词终究必须被精确定义所取代。
对 a_n = (n + 1)/n = 1 + 1/n,各项为 2, 3/2, 4/3, 5/4, ...,极限是 1,因为 1/n -> 0。各项从不等于 1,却任意逼近它。
序列可以收敛到一个它实际上从未取到的值。
极限的唯一性是一个小定理,而非公理:若 a_n -> L 且 a_n -> M,取容差小于 |L - M| 的一半即可推出 L = M。
另见