Dãy số thực

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Dãy số thực là một danh sách (hữu hạn hoặc vô hạn) liệt kê các số thực theo một thứ tự nào đó.

Mục lục

[sửa] Định nghĩa

Theo quan điểm của lý thuyết tập hợp dãy số là một ánh xạ a: \mathbb N \to \mathbb R , trong đó \mathbb N là tập hợp số tự nhiên, hoặc tập con của tập số tự nhiên nhỏ hơn / lớn hơn một số tự nhiên m nào đó. Khi đó thay cho a(n) ta dùng kí hiệu an.

an=a(n)

Nếu X là hữu hạn ta có dãy hữu hạn:

am,...,an.

Ngược lại nó được xem là vô hạn.

a1,a2,...,an,...

Đôi khi, dãy hữu hạn cũng có thể được xem là vô hạn với các phần tử thừ thứ m trở đi là bằng nhau.

Khi bắt đầu từ phần tử a_{n_0} dãy thường được ký hiệu:

(x_n)_{n \ge n_0 } với xn là phần tử thứ n.

Người ta thường xét hơn các dãy bắt đầu từ phần tử a1.

(x_n)_{n \ge 1 } với xn là phần tử thứ n

Sau đây sẽ chủ yếu đề cập đến các dãy số thực vô hạn. Nhiều định nghĩa và kết quả dưới đây có thể mở rộng cho dãy các phần tử trong không gian metric hoặc không gian topo.

[sửa] Ý nghĩa thực tế

Trong nhiều bài toán,dãy số có thể được tạo dựng qua quá trình thu thập dữ liệu. Các dữ liệu thu thập có thể gồm nhiều số từ x1, x2, ...xn. Tập hợp các số này có thứ tự, nghĩa là có số đầu tiên (x1), số thứ 2 (x2) và các số tiếp theo.

[sửa] Biên của dãy

Cho dãy (x_n)_{n \ge 1 }. Tập hợp các giá trị của dãy:

(x_1, x_2, x_3, \cdots) \ = \ (x_n; n = 1,2,3, \cdots)

được gọi là biên của dãy đó.

Biên này không có thứ tự. Ví dụ, cho dãy {(-1)^n}_{n \ge 1}, có biên là {-1,1}. Nó có 2 phần tử thay đổi là 1 và -1.

[sửa] Dãy số thực đơn điệu

[sửa] Định nghĩa

Cho dãy số thực (x_n)_{n \ge 1} với xn là các số thực. Nó là

  • Tăng khi và chỉ khi xn < xn + 1 với mọi n \ge 1, và
  • Giảm khi và chỉ khi xn > xn + 1 với mọi n \ge 1

Nếu dãy có được một trong hai tính chất này, ta gọi dãy đó là dãy đơn điệu.

Ví dụ, với dãy (2^n)_{n \ge 1}, ta có 2n + 1 = 2n.2. Do 2 > 1 nên 1.2n < 2.2n, hay 2n < 2n + 1. Suy ra (2^n)_{n \ge 1} là dãy tăng.

[sửa] Tính đơn điệu và dấu của đạo hàm

Một cách để xác định một dãy có đơn điệu hay không là dựa vào đạo hàm của hàm số tương ứng.

Ví dụ như cho dãy (\frac{ln(n)}{n})_{n \ge 1}. Xét hàm số:

f(x) = \frac{ln(x)}{x} với x \ge 1

Lấy đạo hàm của nó, ta thu được:

f'(x) = \frac{ln'(x)x - (x)' ln(x)}{x^2} = \frac{1 - ln(x)}{x^2}

Đạo hàm này nhỏ hơn không khi x > e. Điều này xảy ra với mọi n > 2, nên dãy (\frac{ln(n)}{n})_{n \ge 3} là dãy giảm.

[sửa] Dãy số thực bị chặn

Dãy (x_n)_{n \ge 1} bị chặn trên khi và chỉ khi tồn tại T ở đó x_n \le T, với mọi n \ge 1. Số T được gọi là giá trị chặn trên.

Ngược lại, dãy (x_n)_{n \ge 1} bị chặn dưới khi và chỉ khi tồn tại D ở đó x_n \ge D, với mọi n \ge 1. Số D được gọi là giá trị chặn dưới.

Nếu một dãy có cả 2 tính chất trên thì dãy đó được gọi là dãy bị chặn.

Ví dụ, dãy (3^n)_{n \ge 1} bị chặn dưới bởi 0 vì nó luôn có giá trị dương.

[sửa] Giới hạn của một dãy số thực

Khái niệm giới hạn của dãy số bắt nguồn từ việc khảo sát một số dãy số thực, có thể tiến "rất gần" một số nào đó. Chẳng hạn, xét dãy số thực:

2, \frac 3 2 ,\frac 4 3,...,\frac {n+1} n,....
hay
2, 1+\frac 1 2 ,1+\frac 1 3,...,1+\frac 1 n,....

Khi cho n tăng lên vô hạn thì phân số \frac 1 n trở nên nhỏ tuỳ ý, do đó số hạng thứ n của dãy 1+\frac 1 n có thể tiến gần đến 1 với khoảng cách nhỏ tuỳ ý . Người ta diễn đạt điều đó bằng định nghĩa sau

Đinh nghĩa

Cho dãy số thực (xn) và một số thực x. Khi đó nếu:

\forall \; \epsilon \; >\; 0, \exist \; n_0 \in \mathbb{N}\,, \forall \; n >\; n_0, |x_n - x|<\; \epsilon \;.

thì x được gọi là giới hạn của dãy (xn). Khi đó ta cũng nói dãy (an hội tụ.

Giới hạn của dãy thường được kí hiệu:

\lim_{n \to \infty}x_n=x.

Hoặc

\lim x_n =x \; (khi \;n \rightarrow \infty)

[sửa] Vô cùng bé , vô cùng lớn

  • Nếu một dãy số có giới hạn là 0 thì nó được gọi là một vô cùng bé.
  • Nếu :\forall \; M; >\; 0, \exist \; n_0 \in \mathbb{N}\,, \forall \; n >\; n_0, |x_n|>\;M;. thì dãy xn được gọi là vô cùng lớn. Khi đó ta cũng viết:
\lim_{n\rightarrow \infty } x_n = \infty

[sửa] Xem thêm

[sửa] Liên kết ngoài

(bằng tiếng Anh)