题目
用数列极限定义证明:-|||-如果 lim (x)_(2k)=a, lim _(karrow infty )(x)_(2k+1)=a, 则 lim (x)_(n)=a.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查数列极限的定义及其子列收敛性的关系,需要理解子列收敛与原数列收敛的关系,并能通过分奇偶项分别处理的方法进行证明。
解题核心思路:
- 子列收敛性:已知奇数项子列和偶数项子列均收敛于$a$,需证明原数列也收敛于$a$。
- 极限定义应用:根据极限定义,对任意$\varepsilon > 0$,分别找到奇偶子列满足$|x_n - a| < \varepsilon$的项数下界,取最大值作为原数列的公共下界$N$。
- 统一N的选取:通过取两个子列下界的较大值,确保当$n > N$时,无论$n$是奇数还是偶数,均满足不等式。
步骤1:分别处理奇偶子列
- 奇数项子列:$\lim_{k \to \infty} x_{2k+1} = a$,对任意$\varepsilon > 0$,存在正整数$K_1$,当$k > K_1$时,$|x_{2k+1} - a| < \varepsilon$。
- 偶数项子列:$\lim_{k \to \infty} x_{2k} = a$,同理存在正整数$K_2$,当$k > K_2$时,$|x_{2k} - a| < \varepsilon$。
步骤2:确定公共下界$N$
- 奇数项满足条件的最小$n$为$2K_1 + 1$(对应$k = K_1 + 1$)。
- 偶数项满足条件的最小$n$为$2K_2 + 2$(对应$k = K_2 + 1$)。
- 取$N = \max\{2K_1 + 1, 2K_2 + 2\}$,则当$n > N$时:
- 若$n$为奇数,则$n \geq 2K_1 + 1$,对应$k \geq K_1 + 1$,满足$|x_n - a| < \varepsilon$;
- 若$n$为偶数,则$n \geq 2K_2 + 2$,对应$k \geq K_2 + 1$,满足$|x_n - a| < \varepsilon$。
步骤3:结论
根据数列极限定义,当$n > N$时,$|x_n - a| < \varepsilon$恒成立,故$\lim_{n \to \infty} x_n = a$。