序列及其极限
上极限
当序列拒绝收敛时,它仍可能有一个明确定义的“最终高水位线”。上极限是序列无穷多次反复逼近的最大值——其各项一再升达(或趋向)的那道天花板,纵使它们不断回落。它对每个实序列都存在,而普通极限却未必。
有两个等价定义。其一,limsup a_n 是最大的子序列极限——作为某个子序列之极限可达到的最大值(允许 +无穷)。其二,也是计算时最有用的:limsup a_n = lim_{n->inf} ( sup_{k >= n} a_k )。内层上确界 sup_{k >= n} a_k 是从索引 n 起整个尾部的最高值;随着 n 增大尾部收缩,故这些上确界构成一个递减序列,其极限即上极限。
上极限在扩充实数 [-无穷, +无穷] 中总是存在的,这正是它如此好用的原因:每个序列都有一个。序列收敛到(有限的)L 当且仅当其上极限与下极限都等于 L。因此上极限与下极限合在一起钉定收敛,而当二者不一致时,恰好度量出序列离安顿下来还差多远。
对 a_n = (-1)^n (1 + 1/n),偶数项自上方趋于 1,奇数项自下方趋于 -1,故 limsup a_n = 1 而 liminf a_n = -1。二者不等,故序列发散。
上极限与下极限对每个序列都存在;二者相等即为收敛。
又称
另见