正实序列极限存在性问询:若$0\leq a_n \leq b_n$且$\lim b_n$存在,$\lim a_n$是否存在?
问题解答:有界于收敛序列的序列是否一定收敛?
首先直接给出结论:不一定存在。
虽然序列$(a_n)_n$满足$0 \leq a_n \leq b_n$,且$\lim b_n$存在(设为$L$),这意味着$a_n$是有界的(上界为$L$,下界为0),但有界只是序列收敛的必要条件,而非充分条件——收敛要求序列的所有子列都趋近于同一个极限,仅靠有界无法保证这一点。
举个直观的反例就能说明:
- 令$b_n = 1$对所有正整数$n$,显然$\lim_{n \to \infty} b_n = 1$,存在且有限。
- 定义$a_n$为:当$n$是奇数时,$a_n = 1$;当$n$是偶数时,$a_n = 0$。
此时$0 \leq a_n \leq b_n = 1$完全满足题设条件,但$(a_n)n$的奇数项子列极限为1,偶数项子列极限为0,两个子列极限不相等,因此$\lim{n \to \infty} a_n$不存在。
补充说明:如果额外加上$(a_n)_n$是单调序列(比如单调递增),那么根据单调有界定理,此时$\lim a_n$一定存在(且不超过$\lim b_n$)。但题目中没有给出单调的前提,所以原结论不具有一般性。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Student
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