O'Stolz定理是处理数列不定式极限的有力工具,一般用于/∞型的极限(即分母趋于正无穷大的分式极限,分子趋不趋于无穷大无所谓)、0/0型极限(此时要求分子分母都以0为极限)。O'Stolz定理用于数列,它有函式形式的推广,这两个都可以认为是洛必达法则的离散版本。
基本介绍
- 中文名O'Stolz定理、施笃兹定理、施托尔兹定理
- 外文名The O'Stolz theorem
- 性质定理
- 学科数学
- 用于不定式数列极限
定理简介
( 型) 设数列 、 满足① 严格单调递增 ② ③ (其中 可以为有限实数、 、)
则
这个是较常用的版本
(型) 设数列、满足①严格单调递减且趋于零 ②③ (其中可以为有限实数、、)
则
证明过程
一、 型
(当 为有限实数时)由 , , ,当 时, , 即
(这里可以把 乘到不等号另一边是因为 严格单调递增,所以 ,乘到不等号另一边时不变号)
又由 ,∴ ,当 时, (这里是根据数列趋于正无穷大的定义),∴ (注一)
取 ,当 时,从 到 对 式累加,有
累加得
同除 (还是因为 严格单调递增, , , ),还注意到 ,因为 ,
即 ,由 ,且 、 是常数,因为 是确定的下标!由极限的四则运算法则, (注二), ,同理 ,再由极限的四则运算法则, , [1]
即 ,
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为了方便初学者,这里解释一下以上的跳步。注意以下的注里出现的符号与上面证明的符号是分开的!比如注一的 与证明里的 不同啊,初学者不要搞混。
注一我们可以证明,若 ,则 ,
证明由 , , ,当 时, , ,∴ , ,当 时, ,即
注二由注一, ,可推出 ,相当于去掉了第一项,极限是趋于无穷的行为,有没有这一点对极限毫无影响,后面的 也是如此,这一点是可以证明的,这里略去。可以看[2]的第4题的证明过程。
还有倒数第二段那里一堆的使用极限四则运算法则,严谨性是达到了,为了初学者能正确掌握,看起来很繁琐,其实这段里面的一些步骤在已经学了数学分析的同学眼里是已知的,无须写出来的。所以如果你要在正式场合写该定理的证明,以上证明中的"因为"后面的解释说明和倒数第二段的繁杂过程可以删减,按你的意愿做相应简化即可。
一个例子
例求极限(k为正整数)。
解令,
由O'Stolz定理
==
注