无穷级数

类似的<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off mw" data-term="paradoxes" href="https://www.merriam-webster.com/dictionary/paradoxes" data-type="MW">悖论发生在操纵<年代p一个nid="ref731655">无穷级数,如<年代p一个nclass="md-formula">1/<年代ub>2+<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>4+<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>8+⋯(1)永远持续。这个系列是相对无害的,其价值恰恰是1。明白为什么这应该是如此,考虑<年代p一个nid="ref730555">部分和由有限数量的条款后停止。条件越多,越接近部分和是1。它可以尽可能接近1所包括足够的条件。此外,1是唯一的数字以上陈述是真实的。因此意义来定义的<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off mw" data-term="infinite" href="https://www.merriam-webster.com/dictionary/infinite" data-type="MW">无限金额是1。的<年代p一个nclass="link-blue media-overlay-link asmref" data-href="/media/1/22486/19629">图说明了这个<一个href="//www.rctutku.com/science/geometric-series" class="md-crosslink autoxref" data-show-preview="true">几何级数图形通过多次平分一个单位正方形。(连续系列的常见术语不同<一个href="//www.rctutku.com/science/ratio" class="md-crosslink autoxref" data-show-preview="true">比在这个例子中<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>2,被称为几何级数)。

其他无穷级数少well-behaved-for示例中,系列<年代p一个nclass="md-formula">1−1 + 1−1 + 1−1 +⋯。(2)如果条件分组的方法之一,<年代p一个nclass="md-formula">(1)−1)+ (1−1)+ (1−1)+⋯,然后似乎总和<年代p一个nclass="md-formula">0 + 0 + 0 +⋯= 0。但如果术语分组不同,<年代p一个nclass="md-formula">1 + (−1 + 1)+ (−1 + 1)+ (−1 + 1)+⋯然后似乎总和<年代p一个nclass="md-formula">1 + 0 + 0 + 0 +⋯= 1。它是愚蠢的认为0 = 1。相反,<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off eb" data-term="conclusion" href="//www.rctutku.com/dictionary/conclusion" data-type="EB">结论是,无穷级数并不总是遵守传统的规则吗<一个href="//www.rctutku.com/science/algebra" class="md-crosslink autoxref" data-show-preview="true">代数,比如那些允许任意重组的条件。

系列的区别(1)和(2)从他们的部分和清晰。(1)的部分和越来越接近一个固定value-namely, 1。(2)替代的部分和在0和1之间,这系列从来没有定居下来。一系列,安定下来一些明确的价值,随着越来越多的术语说,据说<年代p一个nid="ref731656">收敛,<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off eb" data-term="value" href="//www.rctutku.com/dictionary/value" data-type="EB">价值它收敛被称为部分和的极限;所有其他级数发散。

一个序列的极限

所有伟大的数学家的贡献<一个href="//www.rctutku.com/science/calculus-mathematics" class="md-crosslink autoxref" data-show-preview="true">微积分有一个直观的概念<年代p一个nid="ref731695">限制,但只有德国数学家的工作<年代p一个nid="ref731675">卡尔·维尔斯特拉斯一个完全令人满意的正式定义的限制<年代p一个nid="ref731696">序列。

考虑一个序列(一个n)的实数,是一个无限的列表<年代p一个nclass="md-formula">一个0,一个1,一个2,…。据说一个n收敛于(或方法)的极限一个作为n倾向于<一个href="//www.rctutku.com/science/infinity-mathematics" class="md-crosslink autoxref" data-show-preview="true">∞,如果以下数学表述是正确的:每一个ε> 0,存在一个整数N这样|一个n一个| <εn>N。直观地说,这种说法表示,对于任何选择的近似度(ε),有一些点序列(N),这样,从那个时候开始的(n>N),序列中的每个数字(一个n)接近一个在一个<一个href="//www.rctutku.com/science/error-mathematics" class="md-crosslink autoxref" data-show-preview="true">错误不到选择数量(|一个n一个| <ε)。说不太正式,当n变得足够大,一个n可以靠近吗一个根据需要。

例如,考虑顺序一个n= 1 / (n+ 1),即序列<年代p一个nclass="md-formula">1,<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>2,<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>3,<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>4,<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>5、…永远。序列中的每个数大于零,但是,越远的顺序,数字越接近零。例如,所有条款从10开始是小于或等于0.1,所有条款从100开始是小于或等于0.01,等等。小于0.000000001条款,例如,从第1000000000项开始。维尔斯特拉斯的术语中,这个序列收敛于其极限0n趋向于无穷。|的区别一个n−比ε0 |可以较小的选择n足够大。事实上,n><年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>ε就足够了。所以,在维尔斯特拉斯的正式定义,N是最小的整数><年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>ε

维尔斯特拉斯的这个例子提出几个关键特征的主意。首先,它不涉及任何神秘的无穷小的概念;所有参与量是普通实数。第二,它是精确的;如果一个序列具有限制,那么就是一个<一个href="//www.rctutku.com/science/real-number" class="md-crosslink autoxref" data-show-preview="true">实数满足维尔斯特拉斯的定义。最后,尽管数字序列中倾向于0的极限,他们不需要真正实现这一价值。

函数的连续性

相同的基本方法可以形式化<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off eb" data-term="notion" href="//www.rctutku.com/dictionary/notion" data-type="EB">概念的<年代p一个nid="ref731735">连续性的一个函数。直观地说,一个<年代p一个nid="ref731715">函数f(t)方法的限制l作为t方法一个值p无论大小错误可以被容忍,如果f(t)不同于l由小于容许误差t足够接近p。但到底是指短语,如“错误”,“准备容忍,”和“足够接近”?

就像序列的限制,这些想法是通过分配符号的规范化,“可容忍的错误”(ε)和“足够接近”(δ)。然后定义是:一个函数f(t)方法的限制l作为t方法一个值p如果所有ε> 0存在δ> 0 |f(t)−l只要| | <εtp| <δ。(注意仔细第一容许误差的大小必须决定;唯有如此,才能决定什么是“足够接近。”)

在定义极限的概念<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off mw" data-term="context" href="https://www.merriam-webster.com/dictionary/context" data-type="MW">上下文,它是简单的定义<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off mw" data-term="continuity" href="https://www.merriam-webster.com/dictionary/continuity" data-type="MW">连续性的一个函数。连续函数保留限制;也就是说,一个函数f是连续的点吗p如果的极限f(t),t方法p等于f(p)。和f如果它是连续的在每一个是连续的pf(p定义)。凭直觉,连续性意味着小的变化t产生小的变化f(t)——没有突然的跳跃。

实数的性质

早些时候,<年代p一个nid="ref730615">实数被描述为无限小数,虽然这种没有正式的描述没有逻辑意义<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off eb" data-term="concept" href="//www.rctutku.com/dictionary/concept" data-type="EB">概念的极限。这是因为一个无限小数扩张等3.14159…(的值<一个href="//www.rctutku.com/topic/constant" class="md-crosslink autoxref" data-show-preview="true">常数π)实际上对应于一个无穷级数的和<年代p一个nclass="md-formula">3 +<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>10+<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">4/<年代ub>One hundred.+<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">1/<年代ub>1000年+<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">5/<年代ub>10000年+<年代p一个nclass="md-fraction md-fraction-oblique">9/<年代ub>100000年+⋯,极限的概念是需要给这样一个求和的意思。

事实证明,真正的数字(不像,<年代p一个nid="ref736997">有理数)有连续性的重要属性,对应于直观的概念。例如,考虑函数x2−2。这个函数值−1时x= 1,+ 2时的值x= 2。此外,它不断变化x。从直观上看,似乎,如果一个<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off eb" data-term="continuous" href="//www.rctutku.com/dictionary/continuous" data-type="EB">连续函数在一个值是负的x(在x= 1)和积极的在另一个值x(在x= 2),那么它必须等于零的价值x这些值之间的谎言1和2之间的一个值(这里)。这种期望是正确的x是实数:表达式是零x=<年代p一个nclass="md-root"><年代p一个nclass="root-symbol">√<年代p一个nclass="root-content">2= 1.41421…。然而,它是假的x被限制为理性的价值观,因为没有<一个href="//www.rctutku.com/science/rational-number" class="md-crosslink autoxref" data-show-preview="true">有理数xx2= 2。(这一事实<年代p一个nclass="md-root"><年代p一个nclass="root-symbol">√<年代p一个nclass="root-content">2是非理性的以来一直被古希腊人的时间。看到栏:不可通约的。)

实际上,有理数的系统中存在差距。通过<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off eb" data-term="exploiting" href="//www.rctutku.com/dictionary/exploiting" data-type="EB">利用这些差距,使连续变量可以改变符号没有经过零。实数填补空白,提供额外的数的近似有理数序列的极限。形式上,这一特性的实数的概念了<年代p一个nid="ref731775">完整性

一个尴尬的方面一个序列的极限的概念(一个n)是,它有时会有问题找到什么限制一个实际上是。然而,有一个密切相关的概念,由法国数学家<一个href="//www.rctutku.com/biography/Augustin-Louis-Baron-Cauchy" class="md-crosslink" data-show-preview="true">Augustin-Louis柯西,不需要指定的极限。直观的想法很简单。假设一个序列(一个n)<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off eb" data-term="converges" href="//www.rctutku.com/dictionary/converges" data-type="EB">是收敛的一些未知的限制一个。给定两个足够大的值n说,r年代,那么两个一个r一个年代非常接近一个尤其是,这意味着他们彼此非常接近。序列(一个n)是一个<年代p一个nid="ref731755">柯西序列如果以这种方式表现。具体地说,(一个n)是柯西,如果每一个ε> 0,存在一些N这样,每当r,年代>N、|一个r一个年代| <ε。总是柯西收敛序列,但每一个柯西序列收敛吗?答案是肯定为实数序列,但没有有理数序列(在某种意义上,他们可能没有一个理性的限制)。

许多系统是完成如果每个柯西序列收敛。真正的数字是完成;有理数不是。完整性是一个实数系统的关键特性,它是一个主要原因分析往往是系统内进行。

实数有几个重要的其他特性进行分析。他们满足各种排序属性与关系小于(<)。最简单的这些属性为实数x,y,z是:

  • 三分法的法律。有且只有一个语句x<y,x=y,x>y是真的。
  • b。<一个class="md-dictionary-link md-dictionary-tt-off eb" data-term="Transitive" href="//www.rctutku.com/dictionary/Transitive" data-type="EB">传递法律。如果x<yy<z,然后x<z
  • c。如果x<y,然后x+z<y+z对所有z
  • d。如果x<yz> 0,那么x z<y z

更巧妙,实数系统是阿基米德。这意味着,如果xy实数和两个吗x,y> 0,那么x+x+⋯+x>y对于一些有限的总和x的年代。阿基米德属性表示实数不包含无穷小。算术、完整性、排序和阿基米德属性完全描述<年代p一个nid="ref731055">实数系统。