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柯西审敛原理完整的证明及几何意义

柯西审敛原理完整的证明及几何意义

更新时间:2023-08-27 10:40:23

柯西审敛原理完整的证明及几何意义

充分性:Cauchy列(基本列)收敛

证明:

1、首先证明Cauchy列有界

取e=1,根据Cauchy列定义,取自然数N,当n>N时有c

|a(n)-a(N)|<e=1

由此得:

|a(n)|=|a(n)-a(N)+a(N)|<=|a(n)-a(N)|+|a(N)|<1+|a(N)|

(通俗理解,a(n)无论怎么样也大不过a(N)绝对值加1,显然根据经验这是有界的。但数学里需要严格的表达,下面因为N前的N-1个项,有最大值,所以得出了有界).

令:

M=Max{|a(1),a(2),……,|a(N)|,|a(N)|+1}

这样就证明了,对于任何n都有a(n)<=M。

所以Cauchy列有界。

2、其次在证明收敛

因为Cauchy列有界,所以根据Bozlano-Weierstrass定理(有界数列有收敛子列)存在一个子列aj(n)以A为极限。那么下面就是要证明这个极限A也就是是Cauchy列的极限。(注意这种证明方法是实数中常用的方法:先取点性质,然后根据实数稠密性,考虑点领域的性质,然后就可以证明整个实数域的性质了)

因为Cauchy列{a(n)}的定义,对于任意的e>0,都存在N,使得m、n>N时有

|a(m)-a(n)|<e/2

取子列{aj(n)}中一个j(k),其中k>N,使得

|aj(k)-A|<e/2

因为j(k)>=k>N,所以凡是n>N时,我们有

|a(n)-A|=|a(n)-aj(k)|+|aj(k)-A|<e/2+e/2=e

这样就证明了Cauchy列收敛于A.

即得结果:Cauchy列收敛

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