什么是上极限?

什么是上极限?

谢邀,问题很初等,我借机科普一个概念:数列的(极限 limit point)凝聚点(accumulation point)

一个点 叫数列 的凝聚点当且仅当对于任意的 ,区间 包含无限个数列中的项。这和集合的极限点(凝聚点)不是一个概念。如果把数列看成集合,它的集合凝聚点一定是数列极限点,但是反过来不是。比如数列 ,这个数列(的值)作为集合是 ,它只有离散点,没有凝聚点。但是, 都是数列 的数列凝聚点。

一个点 叫数列 的凝聚点的等价定义是存在一个子序列 使得它的极限刚好就是 .好了,回到数列的凝聚点,任何有界数列都有凝聚点,这些凝聚点本身构成一个集合,这个集合是一个有界闭集(也就是紧集),然后它的最大值就是上极限。

如果证明任何有界数列都有凝聚点呢?只需要取一个单调数列就好,任何一个数列必然包含一个单调子序列。对于任意的 , 我们选取其中的尖峰项 , (一个数列项满足 就叫尖峰项)。只有两个可能,这个序列只包含有限个尖峰项,这个时候这个数列在某一个项后自然存在一个严格单调递增的数列。如果这个数列包含无限个尖峰项,这些尖峰项本身构成一个单调递减序列。一个有界的单调序列必然有极限,这是实数本身的性质决定的,所以任何有界数列必然有极限。

还有一种非常便宜的用来计算的定义,那就是 , 在这个定义中数列 虽然不是原数列的子列,但是它的极限必然是原序列极限点(大家证明看看)。然后你还能证明这是所有极限点中的最大者。这个数列 是本身是单调递减的,所以我们可以直接把 .

类似的,我们可以定义下极限。为什么我们需要说明那么多的等价定义呢?因为在实际使用的过程中,你得根据情况选择最佳的定义作为工具,这也是学数学基本的思路。