基础:何谓分析
不等式的作用
初等代数大多关乎等式——求出使两边相等的那个值。分析却把这翻了过来:它大多关乎不等式,因为要控制一个晃动的、近似的量,你很少能确切知道它,却可以把它夹在上下界之间。分析者的本能不是“这等于多少?”,而是“它能有多大?”。
不等式是分析的工作语言:几乎每个论证所摆弄的,是估计与界,而非精确的等式。要证明一个量很小,你就用一个能被你弄小的东西把它从上方界住;要证明某极限成立,你就把一段距离压到所选的 epsilon 以下。三角不等式 |a + b| <= |a| + |b| 是用得最多的单一工具,它让你把复杂的表达式一块一块地拆开并界住。
这正是为何“只需证明 ... < epsilon”这类话语在证明中俯拾皆是。你追逐的并非误差项的确切值——只是它的一个可用的上界。需诚实地补充:一个界,好就好在它对目的而言足够紧。一个仍能击败 epsilon 的粗糙估计就是彻底的成功;目标是够用,而非最优。
在 x = 2 附近界住 |f(x) - L|,其中 f(x) - L = (x - 2) + (x - 2)^2:若 |x - 2| < 1,则 |x - 2|^2 < |x - 2|,于是 |f(x) - L| <= |x - 2| + |x - 2| = 2|x - 2|。这是个粗糙却够用的估计;如今取 delta = epsilon/2 便能击败任意 epsilon。
一个过于宽松、却仍能击败 epsilon 的界,就赢下了整个论证。
另见