3.1 ลำดับและลิมิตของลำดับ

Download Report

Transcript 3.1 ลำดับและลิมิตของลำดับ

Slide 1


Slide 2

3.1 ลำดับและลิมิตของลำดับ (Sequences and Limit of Sequences)
เมื่อกล่าวถึงลาดับ โดยทัว่ ไปจะนึกถึงจานวนที่เขียนเรี ยงกกันมี ััวที่ 1
ััวที่ 2 ััวที่ 3 และั่อกไป ััวอย่างเช่น
1, 21 , 41 , 31 , . . . , n1 , . . .
–1, 1, –1 , 1, … , (–1)n, ...
2, 4, 6, 8, …, 2n, ...


Slide 3

บทนิยำม 3.1.1 ลาดับจานวนจริ ง เป็ นฟังก์ชนั จากเซัของ
จานวนนับ ไปยังเซัของจานวนจริ ง
ััวอย่างลาดับ และรู ปแบบลาดับที่กาหนดโดยพจน์ที่ n

ลาดับ {


sn } n  1 =

1 , 21 , 31 , 41 , . . . , n1 , . . .

เขียนเป็ นรู ปแบบทัว่ ไป {
ลาดับ


{ tn }n1



1
sn } n  1 = { n } n  1

= 0, 2, 0, 2, …, 1 + (–1)n, ...

เขียนเป็ นรู ปแบบทัว่ ไป


{ tn }n1

= { 1

n 
(  1) } n  1


Slide 4

ััวอย่างลาดับ และรู ปแบบลาดับที่กาหนดโดยพจน์ที่ n
ลาดับ

{


vn } n  1

= 1, 4, 9, 16, …, n2, ...

เขียนเป็ นรู ปแบบทัว่ ไป

{


vn } n  1

=

{

2 
n }n1

ลาดับฟี โบนัคซี (Fibonacci sequence) ซึ่งนิยามดังนี้

f={


fn } n 1

เมื่อ f1 = 1, f2 = 1, fn+1 = fn–1 + fn ( n  2 )

ลาดับนี้ คือ 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, …


Slide 5

กาหนด {


s n } n  1=

1 , 21 , 31 , 41 , . . . , n1 , . . .

พิจารณาลาดับั่อไปนี้
(1) 1 , 31 , 51 , 71 , …, 2 n 1 1 , ...
(2) 21 , 41 , 61 , 81 , …, 21n , ...

(3) 1 , 41 , 91 ,161 , …, 12 , ...
n


Slide 6


sn }n 1

บทนิยำม 3.1.2 ถ้า s = {
เป็ นลาดับของจานวนจริ ง

และ a = { a i } i  1 เป็ นลาดับของจานวนเั็มบวก ที่
a( i ) < a( j ) เมื่อ i < j ( i, j ) แล้วจะเรี ยกฟังก์ชนั
ประกอบ sa ว่าเป็ น ลำดับย่ อย (subsequence)
ถ้า a :  โดยที่ a( i ) = ai และ ai < aj เมื่อ i < j สาหรับ
i, j และ s :  โดยที่ s( n ) = sn


Slide 7

s

a
i

ai

sa

i

sa
sa( i ) = s( a( i ) ) = s( ai ) = s a สาหรับ i 
i

sa( i ) = { s a i } i  1 = s a 1, s a 2 , s a 3 , ...


Slide 8

ลิมิตของลำดับ (Limit of Sequences)
ลาดับบางลาดับมีลิมิั บางลาดับไม่มีลิมิั เช่น

1, 0, 1, 0, 1,

1  (  1)
…, 2

n1

, . . . กล่าวว่าเป็ นลาดับที่ไม่มีลิมิั

1, 21 , 31 , 41 , 51 , . . . , n1 , . . . กล่าวว่าเป็ นลาดับที่มีลิมิัเท่ากับ 0
2, 2, 2, 2, 2, …, 2, ...

กล่าวว่าเป็ นลาดับที่มีลิมิัเท่ากับ 2


Slide 9


sn }n 1

บทนิยำม 3.1.2 ให้ {
เป็ นลาดับของจานวนจริ ง จะกล่าวว่า

ลาดับ { s n } n  1 มีลิมิัเท่ากับจานวนจริ ง L ก็ั่อเมื่อ แั่ละจานวน
จริ งบวก  จะมี จานวนเั็มบวก k ซึ่งทาให้ | sn – L | <  สาหรับ
nk

ลำดับ{ s n } n  1 มีลิมิัเท่ากับ L เราจะเขียนแทนด้วย
lim s n = L หรื อ s  L เมื่อ n  
n
n 


Slide 10


sn }n 1

ตัวอย่ ำง 2 กาหนด {
จงพิสูจน์วา่ lim

n 

sn

= 1, 21 , 31 , 41 , 51 , ... ,
=0

1
n

,...

กำรพิสูจน์ ให้  > 0 จะหาจานวนเั็มบวก k ซึ่งทาให้
| n1 – 0 | < , n  k
พิจารณา | n1 – 0 |

=

1
n

เลือก k

1



ซึ่ง


Slide 11

ทาให้

| n1

–0| =

1
n

 k1 < , n  k
นั้นคือ n  
lim

1
n

=0




Slide 12

จากบทนิยามจะเห็นว่าสาหรับแั่ละ  > 0 สามารถเลือก
k ที่ใหญ่เพียงพอซึ่งจะทาให้พจน์ที่มากกว่าหรื อเท่ากับ k ทา
ให้อสมการเป็ นจริ ง การเลือก k ในััวอย่าง 2 ขึ้นอยูก่ บั 
เช่น ถ้า  = 0.25 เลือก k = 5 ทาให้ | n1 | < 0.25, n  5

 = 0.025 เลือก k = 41 ทาให้ | n1 | < 0.025, n  41
เป็ นั้น

 = 0.0025 เลือก k = 401 ทาให้ | n1 | < 0.0025, n  401

มีลาดับบางลาดับที่การเลือก k ไม่ได้ข้ ึนกับค่า  ดังััวอย่าง 3


Slide 13


sn }n 1

ตัวอย่ ำง 3 กาหนด {
เมื่อ sn = 2 ( n = 1, 2, 3, … )
จงแสดงว่า lim s n = 2
n 

กำรพิสูจน์ ให้  > 0 จะหาจานวนเั็มบวก k ซึ่ง
| sn – 2 | < , n  k
เนื่องจาก | sn – 2 | = | 2 – 2 | = 0 < , n
สามารถเลือก k = 1 ( ไม่ได้ข้ ึนกับ  )
ทาให้ | sn – 2 | <  , n  1
lim s n = 2
นัน่ คือ n 





Slide 14

ตัวอย่ ำง 4 กาหนด {
จงแสดงว่า ลาดับ {


sn }n 1


sn }n 1

โดยที่ sn = 2n เมื่อ n = 1, 2, 3, …

ไม่มีลิมิั

กำรพิสูจน์ จะแสดงโดยการขัดแย้ง
สมมัิให้ lim s n = L
n 
เลือก  = 1 จะมีจานวนเั็มบวก k ซึ่ง | sn – L | < 1 , n  k
ดังนั้น | 2n – L | < 1 , n  k
L1
2

< n < L 2 1 , n  k


Slide 15

เกิดการขัดแย้ง เพราะ L 2 1 
นั้นคือ {


sn }n 1

,  n  L 2 1 < n


= { 2n }n1

ไม่มีลิมิั




Slide 16

ตัวอย่ ำง 5 ลาดับ {


sn }n 1

จงแสดงว่าลาดับ {

= {1 


sn }n 1

n 
(  1) } n  1

คือลาดับ 0, 2, 0, 2, …

ไม่มีลิมิั

lim s n = L
กำรพิสูจน์ สมมัิให้ n 


ถ้า  = 21 จะมีจานวนเั็มบวก k ซึ่ง | sn – L | < 21 , n  k
พจน์ที่ n ของลาดับคือ sn = 1 + (–1)n
จึงแยกพิจารณา | 1 + (–1)n – L | ได้ 2 กรณี
ถ้า n เป็ นจานวนเั็มคี่ จะได้ | –L | = | L | < 21


Slide 17

ถ้า n เป็ นจานวนเั็มคู่ จะได้ | 2 –L | < 21
เนื่องจาก 2 = | 2 – L + L |
 | 2 – L | + | L | < 21 + 21 = 1 ซึง่ เป็ นไปไม่ได้

นัน่ คือ ลาดับ {


s n } n  1 ไม่มีลิมิั




Slide 18

ตัวอย่ ำง 6 กาหนด {
จงพิสูจน์วา่


sn }n 1

lim s n

n 

=

2 
2
n
{ 2
}n  1
n 4

=2

กำรพิสูจน์ ให้  > 0 จะหาจานวนเั็มบวก k ซึ่งทาให้
|

2n 2
n2  4

– 2 | < , n  k

พิจารณา |

2n 2
n2  4

–2| =|

2n 2  2n2  8
n2  4

|=|

8
n2  4

|


Slide 19

8
ั้องการ n 2  4 < 
8
8
เนื่องจาก 2
< n, n
n 4

8
เพียงพอที่จะพิจารณา n <  , n  k
2
8
8 8
2
n
เลือก k >  ทาให้ | n 2  4 – 2 | < n  k <  , n  k

lim s n = 2
นั้นคือ n 





Slide 20


sn }n 1

ทฤษฎีบท 3.1.3 ถ้า {
เป็ นลาดับของจานวนจริ งที่ sn  0
lim s n = L แล้ว L  0
ทุก n และn 

กำรพิสูจน์ จะแสดงโดยใช้การขัดแย้ง

สมมัิ L < 0 เนื่องจากลาดับ { s n } n  1 มีลิมิั
เลือก  = – L2 > 0
L
จะมีจานวนเั็มบวก k ที่ทาให้ | sn – L | < – 2 , n  k

พิจารณาเฉพาะกรณี | sk – L | < – L2


Slide 21

sk – L < – L2
sk < L2 < 0
ทาให้ลาดับมีพจน์ที่ k ที่นอ้ ยกว่าศูนย์
เกิดการขัดแย้งที่ sn  0 ทุก n
นัน่ คือ L  0