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数列的单调和有界是怎么定义的

2025-10-24 17:54:11

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2025-10-24 17:54:11

数列的单调和有界是怎么定义的】在数学中,数列是按照一定顺序排列的一组数,通常用 $ a_1, a_2, a_3, \ldots $ 表示。为了研究数列的变化趋势和极限行为,我们需要了解数列的两个重要性质:单调性和有界性。以下是对这两个概念的详细说明。

一、数列的单调性

定义:一个数列如果满足某种递增或递减的趋势,就称为单调数列。具体分为以下两种类型:

- 递增数列:对于任意正整数 $ n $,都有 $ a_{n+1} \geq a_n $。

- 递减数列:对于任意正整数 $ n $,都有 $ a_{n+1} \leq a_n $。

注意:有些教材中将“严格”递增或递减也单独列出,即:

- 严格递增:$ a_{n+1} > a_n $

- 严格递减:$ a_{n+1} < a_n $

二、数列的有界性

定义:一个数列如果存在一个实数 $ M $,使得所有项都小于等于 $ M $(上界),同时存在另一个实数 $ m $,使得所有项都大于等于 $ m $(下界),那么这个数列就是有界数列。

换句话说,若存在正数 $ M $,使得对所有 $ n \in \mathbb{N} $,都有 $ a_n \leq M $,则称该数列为有界数列。

三、总结对比表

概念 定义说明 示例数列
单调性 数列项随着序号增加而递增或递减 $ 1, 2, 3, 4, 5 $(递增)
递增数列 后一项不小于前一项($ a_{n+1} \geq a_n $) $ 1, 1, 2, 2, 3 $
递减数列 后一项不大于前一项($ a_{n+1} \leq a_n $) $ 5, 4, 3, 2, 1 $
有界性 存在上下界,使得所有项都在这两个界之间 $ 1, 0.5, 0.25, 0.125 $
上界 存在一个数 $ M $,使得所有项 $ a_n \leq M $ $ M = 2 $
下界 存在一个数 $ m $,使得所有项 $ a_n \geq m $ $ m = 0 $

四、补充说明

- 单调有界数列:如果一个数列既是单调的又是有界的,那么根据单调有界定理,它一定存在极限。

- 无界数列:如果数列没有上界或下界,则称为无界数列,如 $ a_n = n $ 是无界的递增数列。

通过理解数列的单调性和有界性,我们可以更好地分析数列的收敛性与极限行为,这对后续学习极限、级数等数学内容具有重要意义。

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