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当t→t0 ,Xt→0.
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这里,t0表示“孤帆”消失的那一时刻,Xt表示在时刻t可以观察到的“孤帆”大小。在t→t0的过程中,时间连续变化,经历了无限多的时刻。总之,“孤帆”经历的不是数列的极限,而是连续变量的极限。
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中国古代数学家能够运用圆内接正多边形面积的极限过程求圆周率。刘徽的“割圆术”中说,“割之弥细,所失弥小,割之又割,以至于不可割,则无失矣”,把极限的动态过程及其归宿,描写得十分透彻和传神。这就是说,如果一个变量具有向一个有限数A无限接近的趋势,我们把这个数A称为该变量的极限。
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2.数列极限的再认识
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数列是离散的变量。我们把有极限的数列称为收敛数列。没有极限的数列称为发散数列。
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(1)有理数组成的收敛数列,极限值可能是有理数,也可能是无理数。
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在一尺之棰的例子中,棰的剩余部分的长度构成无穷等比数列{rn}={1/2n},当n→∞时,其极限是0。
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若看取出的部分,则构成另一个数列1/2,3/4,7/8,…,(2n-1)/2n,…。它也是无穷数列{sn},通项是(2n-1)/2n=[1-(1/2n)]。我们有sn→1。
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(2)无理数 2,是数列{1.4,1.41,1.414,1.414 2,…}的极限。这个数列,虽然写不出通项,却知道它不断地接近一个实数,即其极限是单位正方形的对角线长度。
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(3)同样地,半径为1的圆面积是π,圆周率π也是一串有理数数列的极限。
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(4)数列的各项不必都是单调增加或单调减少地逼近极限。例如数列{(-1)n ·(1/n)}逐项写出来是
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-1,1/2,-1/3,1/4,-1/5,1/6,…
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它的各项在0附近跳跃,一会儿正,一会儿负,但也以0为极限。
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(5)数列的极限不必一定是每项都比前一项靠近极限,但是最后的总趋势是靠近极限。例如数列
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1,1/3,1/2,1/5,1/4,…,1/n,1/(n-1),…
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的极限也是0,但是各项离极限0的距离有反复,第2项1/3离0近,第3项1/2反而离0远些,不过它的总体趋势还是靠近0。
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(6)常数列也是有极限的。同数列可以有相同极限。例如,成常数列1,1,1,…,1,…的极限就是1。所有有限小数都可以看成是常数数列。
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(7)不同的数列可以有相同的极限,例如0是许多数列的极限。如前所说:
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0,0,0,…,0,…
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1,1/2,1/22,1/23,…,1/2n…,
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-1,1/2,-1/3,1/4,-1/5,1/6,…,-1/n,1/(n+1),…
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它们的极限都是0。
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(8)实数可用收敛数列的极限来定义。如果是有限小数,可以表示为常数列。如0.5,0.5,0.5,…,0.5,…,它的极限就是0.5。如果是无限循环小数,就看作由前n位小数所组成的有限小数数列的极限。例如0.99999…可以看作0.9,0.99,0.999,…这一数列的极限,其极限是1。如果是无限不循环小数,如,也是某个数列的极限。总之,实数是可以用有理数列的极限来定义的。
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