陶哲轩实分析 5.3 节习题试解
5.3.1
x=LIMn→∞an
,
y=LIMn→∞bn
,
z=LIMn→∞cn
(1) 证明
x=x
∀ε>0
都有
|an−an|<ε
所以
(an)∞n=0
与
(an)∞n=0
是等价的。
所以
x=x
。
(2) 如果
x=y,y=z
那么
x=z
∀ε>0
由于
x=y
,所以
∃N≥0
,当
n>N
时满足
|an−bn|≤ε/2
由于
y=z
,所以
∃N′≥0
,当
n>N′
时满足
|bn−cn|≤ε/2
设
M=max(N,N′)
, 当
n≥M
时,有
|an−cn|=|an−bn+bn−cn|≤|an−bn|+|bn−cn|≤ε
所以
(an)∞n=0
与
(cn)∞n=0
是等价的。
所以
x=z
5.3.2
x=LIMn→∞an
,
y=LIMn→∞bn
,
x′=LIMn→∞a′n
(1) 证明
xy
也是实数。
因为
(an)∞n=0
是 Cauchy 序列。所以
(an)∞n=0
是有界的。
也就是说存在一个
M>0
,对任意的
n≥0
都有
|an|≤M
。
因为
(bn)∞n=0
是 Cauchy 序列。所以
(bn)∞n=0
是有界的。
也就是说存在一个
M′>0
,对任意的
n≥0
都有
|bn|≤M′
。
设
M′′=max(M,M′)
那么对任意
n≥0
都有
|an|≤M′′
和
|bn|≤M′′
。
∀ε>0
因为
(an)∞n=0
是 Cauchy 序列。所以存在一个
N1≥0
当
i,j≥N1
时满足
|ai−aj|≤ε2M′′
因为
(bn)∞n=0
是 Cauchy 序列。所以存在一个
N2≥0
当
i,j≥N2
时满足
|bi−bj|≤ε2M′′
所以
|aibi−ajbj|=≤=≤≤=|aibi−aibj+aibj−ajbj||aibi−aibj|+|aibj−ajbj||ai||bi−bj|+|bj||ai−aj|M′′|bi−bj|+M′′|ai−aj|M′′ε2M′′+M′′ε2M′′ε
所以
(anbn)∞n=0
是 Cauchy 序列。
所以
xy
是实数。
(2) 证明如果
x=x′
那么
xy=x′y
因为
(an)∞n=0
和
(a′n)∞n=0
是等价的。
所以对
∀ε>0
都存在一个
N≥0
,当
n≥N
时,有
|an−a′n|≤ε/M′
因此,当
n≥N
时,有
|anbn−a′nbn|=≤≤=|an−a′n||bn||an−a′n|M′M′εM′ε
所以
(anbn)∞n=0
和
(a′nbn)∞n=0
是等价的。
所以
xy=x′y
5.3.3
因为
a=b
所以对
∀ε>0
有
|a−b|≤ε
所以
(a)∞n=0
和
(b)∞n=0
是等价的。
所以
LIMn→∞a=LIMn→∞b
因为
LIMn→∞a=LIMn→∞b
所以 对
∀ε>0
有
|a−b|≤ε
所以
a=b
5.3.4
(an)∞n=0
有界,
(bn)∞n=0
与
(an)∞n=0
等价。证明
(bn)∞n=0
是有界的。
因为
(bn)∞n=0
与
(an)∞n=0
等价,所以
(bn)∞n=0
与
(an)∞n=0
是终极
ε
- 接近的。
根据习题 5.2.2 的结论,所以
(bn)∞n=0
是有界的。
5.3.5
证明
LIMn→∞1n=0
0=LIMn→∞(0)
∀ε>0
都存在
N>1ε
,当
n>N
时,有:
|1n−0|<|1N|<ε
所以
(1n)∞n=0
和
(0)∞n=0
是等价的。
所以
LIMn→∞1n=0