柯西准则及其应用毕业论文

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1、柯西准则及其应用摘要:柯西准则是实数完备性六大定理Z-,它是极限论的基础.它的应用贯穿于数学分析课程学习始终.一般地,数学分析课程教材在讨论柯西准则时都只就兀—勺一种情形来讨论,本文将补给并详细证明其它五利情形函数极限的柯西准则,同时探讨总结柯西准则在极限、级数、积分等方血的灵活应用.关键词:柯西准则;应用;极限存在;优越性引言:柯四准则是实数完备性六大定理Z-,它是极限论的基础.它的应用非常广泛,贯穿于数学分析课程学习始终•一般地,数学分析课程教材在讨论柯西准则时都只就XTX。一种情形来讨论,即设函数于(兀)在[/°(心夕)内有定义,lim/g)存在的充要条件是:任给£〉(),存在止

2、数5«夕),使得对任何#,ret/°(x0;

3、/(/)-/(%")

4、<^.事实上,当无T对,兀T+OO,XT-00,X—g五种情形函数极限存在的柯西准则可以类比,它们的应用也非常广泛.本文将详细叙述并证明其它五种情形函数极限的柯西准则,同时探讨总结柯西准则在极限、级数、积分等方而的灵活应用,充分展示其在解决上述几个方面问题的优越性和博大精深Z处.1柯西准则的其它五种形式定理1・1设函数/在化(心;夕)内有定义.lim/(x0)存在的充要条件是:任给£>0,存在正数6(<,使得对任何#,兀隹〃°+(心5),均有

5、/(#)-.fX)

6、v£・证必要性设lim/W=A,则对任给的£

7、>0,存在正数5(v夕),使得对VxG〃°+(x();/),^

8、/(x)-A

9、<

10、.于是对Vx;x"Gf/°+(x0;J),冇2f(xr)-f(xn)

11、+

12、/(Z)-A

13、V#+*=£•充分性设数列{£}u(/°+(Xo;e且linu“=兀0,按假设,对任给的£>(),存在正数》(<夕),"->8使得对任何#,ret/°+(x0;^),有

14、/(/)-/^)

15、<^.由于xn^x0(h^oo),对上述的/>0,存在N>0,使得当n,m>N时有x十g(/(x0;^)从而有

16、/(£)-/(几)〔<£•于是,按数列极限的柯西收敛准则,数列{/(£)}的极限存在,记为A,即li

17、m/(xn)=A.72—>00设另一数列{y”}ut/°+(x°0)且lim儿=%,贝U如上所证,lim/(儿)存在,记为B・现证HT8B=A,为此,考虑数列{z小兀1必,兀2*2,…,暫,儿,…易见匕}U〃°+(兀0;夕)Jliimz”二%0,故仍如上面所证,{/(z“)}也收敛.于是,作为的〃一>8两个子列,{/(£)}与{/(儿)}必有相同的极限,所以由归结原则推得lim/W=A・XT对证毕定理1・2设函数于在夕)内有定义.lim/(x0)存在的充要条件是:任给£〉0,存在止数5(C),使得对任何Ze(/°_(%0^),均有

18、/(/)-/(xw)

19、<^.以下利用定理1・2和致密性

20、定理证明数列极限的柯西准则的充分性.证充分性设数列{色}满足柯西条件,先证明匕}是冇界的.为此,取£二1,则存止整数N,当加=N+1及/t〉N时有色一%

21、<1・由此得匕店an-ClN++%+店应一+K+l

22、<皿+l

23、+1•令M=max,a2,…,a科,aN^+1}.则对一切正整数〃均冇an0,存在K〉0,当加,h,k>K时,同时有^-^

24、<

25、(由柯西条件),%_T<专(山血%=人)・2因而当取m=nk(>k>K)时,得到an~A-an_%+%_人+•这就证明了limtz,,=A./t—>

26、00有归结原则:lim/(x)=Ao对任何£TXoO?->oo)有lim/()=A・大一>々「"Too充分性即证.必要性设lima“=4・有数列极限定义,对任给的£〉0,存在N>0当m,n>N时有4”_4

27、vf,an~A<~9因而am-C{n§Clm~A+UfJ~A<~+~=^-由归结原理知,即可证得.证毕注归结原则的意义在于实现函数极限和数列极限的相互转化,从而可以应用归结原则和数列极限的有关性质解决函数极限问题.定理1・3充分大的M>0,设函数/在1/(+0))内有定义.lim/⑴存在的充要条件是:任给£〉(),存在正数使得对任何/>M,,兀">M「均冇

28、/(/)-/(Z)

29、

30、<^・证先证必要性.设Um/(x)=A,按照定义,Vg〉O,BM{>0,M、〉M,VH,xn>MxXT+O0f(x,)一內v彳’A(*)—內v手于是

31、/(v)-/(r)

32、<

33、/(/)-a

34、+

35、/(z)-a

36、<£.再证充分性.设Vg>0,BM,>0,M

37、〉M,V#,xn>M,任意选取数列{%“},lim=+oo.则对上述M

38、〉(),BN>0,Vn,m>N,兀“,xm>M}.有'丿n->oo这说明函数值数列{/(£)}是基本数列,因而必定收敛.根据

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