【一类数列收敛的充分条件】数列有界是数列收敛的什么条件

   [摘 要]本文分析了用于定义Euler-Mascheroni常数的数列,并在此基础上给出了其收敛的两个充分条件而非必要条件,这些条件较已有的条件更为简洁。    [关键词] 数列 收敛
  数列 是收敛的[1],且其的极限是Euler-Mascheroni常数C(C=0.57716…)。
  数列 收敛的证明,最早由瑞士数学家Leonhard Euler给出[1],在很多数学分析书[2][3][4]中都能看到,但其证明的过程比较复杂。
  可以通过证明下面的定理,来得到一个判断包含上述 在内的一类数列收敛情况的判定定理。
  定理一:
  对于数列 ,其中 的首项是a1,公差是d(d>0)的等差数列;若f(x)在[a1,+∞] 上单调有界时,则 收敛。
  证明:1)首先证明当f(x)单调递减时,定理成立。
  若f(x)单调递减,且M为它的一个下界,则对任意数自然数n,当 时:
  
  
   即: ,故数列 单调递减。
   同时, 时, ,
   两边同时积分: ,
   即
   令 n=1,2,3,……n,由上述式子得到:
  
  
  
   相加之得:
  
  
  
  即
  
  
   即 ,
  故 故: 有下界。
  由上知: 单调递减且有下界,故 收敛。
  2)当f(x)单调递增时,同理可证 单调递增有上界。
  故: 收敛。
  由于1),2)所以定理成立。
  定理二:
   对于数列 ,其中
   是首项为 ,公差为 的等差数列,若 在
  上单调有界时,则 收敛.
  证明类似于定理一。下面,用定理来证明数列
   收敛.
  证明:数列 为首项是1,公差为1的等差数列,并且 在 上单调递减有上界 ,由定理一知:
  数列
   收敛.
  又如,在判断以下两数列收敛时,也可用上述方法.
  1)
  2)
  
   此外 由两部分之差构成。被减数是一个级数的前n项和,而减数是一个数列的第n项,那么当 收敛时,这两部分的收敛性有如下关系:
  推论一:在定理一条件下,级数 与数列
  的敛散性相同。
  推论二:当 满足定量一条件时,级数 与数列
   的敛散性相同。
  如:判断级数 与数列 的敛散性相同,而数列 发散,故 也发散。
  由推论一、二可知若 满足定理条件时,则 收敛;也就是说,定理一、二是判断一类数列收敛的充分条件,但是其并不是必要条件,如反例所示:
  
  分析:
  前面已知证明 的收敛情况,故
   收敛。
   但是, 并不是单调有界的。因此,定理一、二是 收敛的充分条件而非必要条件。
  参考文献:
  [1]Havil, Julian (2003). Gamma: Exploring Euler"s Constant. Princeton University Press.
  [2]同济大学应用数学系.高等数学(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2002.
  [3]同济大学应用数学系.微积分(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2003.
  [4]华东师范大学数学系.数学分析(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2001.
  作者单位:西安职业技术学院 陕西西安

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