Из определения предела следует, что любая окрестность предела последовательности содержит все члены этой последовательности, кроме, быть может, конечного числа её членов.
Теорема 1 Числовая последовательность может иметь только один предел.
Теорема 2 Если последовательность сходится, то она ограничена.
Замечание. Обратное не всегда верно. Например, последовательность ограничена, но не сходится.
Свойства сходящихся последовательностей, связанные с неравенствами
Теорема 1 (о промежуточной последовательности или теорема о двух милиционерах) Если таковы, что
и
, то
.
Теорема 2 Если ,
, причем
, то
.
Следствие 1 Если и
, то
.
Следствие 2 Если ,
и
, то
.
Бесконечно малые последовательности
О. Последовательность называется бесконечно малой, если .
Это означает, что .
Свойства бесконечно малых последовательностей:
1) сумма конечного числа б.м. последовательностей есть б.м. последовательность;
2) произведение б.м. последовательности на ограниченную последовательность есть б. м. последовательность.
Бесконечно большие последовательности
О. Последовательность называется бесконечно большой, если
.
Пишут .
Пусть ,
,
.
Тогда
.
.
.
Утверждение 1) любая бесконечно большая последователь-ность является неограниченной (но не любая неограниченная последовательность является б.б. Например, );
2) последовательность является бесконечно большой тогда, и только тогда, когда последовательность
является бесконечно малой.
Арифметические операции над сходящимися последовательностями
Утверждение
.
Доказательство. Оба утверждения равносильны тому, что
.■
Теорема Если ,
, то
1) ;
2) ;
3) если и
, то
.
Предел монотонной последовательности
Теорема 1 Если последовательность возрастает и ограничена сверху, то она сходится.
Теорема 2 Если последовательность убывает и ограничена снизу, то она сходится.
Некоторые пределы , при
,
,
,
2.9 Число e
Рассмотрим последовательность . Можно показать, что она возрастает и ограничена сверху.
По теореме о сходимости монотонной последовательности, имеет предел. Этот предел обозначается буквой e, т.е.
.
Подпоследовательности. Частичные пределы
Пусть задана последовательность .
О. Рассмотрим строго возрастающую последовательность натуральных чисел
. Тогда последовательность
называют подпоследовательностью последовательности
.
О. Если существует предел подпоследовательности , то он называется частичным пределом.
О. Если обозначить – множество всех частичных пределов, то
называется верхним пределом и обозначается
,
называется нижним пределом и обозначается
.
Если не ограничена сверху, то
. Если
не ограничена снизу, то
.
Утверждение 1 Если последовательность имеет предел, то любая её подпоследовательность сходится к тому же пределу.
Утверждение Число а является частичным пределом тогда, и только тогда, когда в любой окрестности точки а содержится бесконечно много членов последовательности. (Доказать)