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1确界原理非空有上(下)界数集,必有上(下)确界。
2单调有界原理任何单调有界数列必有极限。
3区间套定理若{[a,b]}是一个区间套,则存在唯一一点,使得
nn
[a,b],n1,2,。
nn
4Heine-Borel有限覆盖定理设[a,b]是一个闭区间,为[a,b]上的一个开覆盖,则在
中存在有限个开区间,它构成[a,b]上的一个覆盖。
5Weierstrass聚点定理(Bolzano致密性定理有界无穷数列必有收敛子列。)直线上的有
解无限点集至少有一个聚点。
6Cauchy收敛准则数列{a}收敛对任给的正数,总存在某一个自然数N,使得
n
m,nN时,都有|aman|。
一.确界原理
1.确界原理证明单调有界定理
证不妨设{an}为有上界的递增数列.由确界原理,数列{an}有上确界,记
a=sup{an}.下面证明a就是{an}的极限.事实上,任给ε0,按上确界的定
义,存在数列{an}中某一项aN,使得a-εaN.又由{an}的递增性,当n≥N
时有a-εaN≤an.
另一方面,由于a是{an}的一个上界,故对一切an都有an≤aa+ε.所以当
n≥N时有
a-εana+ε,
这就证得an=a.同理可证有下界的递减数列必有极限,且其极限即为它的下确界.
2.确界原理证明区间套定理
nn
证明:1设[a,b]是一个闭区间套,即满足:
n+1n+1nn
1)?n,[a,b]?[a,b];
2)bn-an=
我们证明,存在唯一的实数ξ,使得ξ∈[an,bn],(n=1,2,?)
存在性:令S={an},显然,S非空且有上界(任一bn都是其上界).据确界原理,S
nn
有上确界,设supS=ξ.现在,我们证明ζ属于每个闭区间[a,b],(n=1,2,
?)显然
an≤ξ,(n=1,2,?)所以,我们只需证明对一切自然数n,都有ξ≤bn.
事实上,因为对一切自然数n,bn都是S的上界,而上确界是上界中最小者,因此必有
ξ≤bn
,故我们证明了存在一实数ξ,使得ξ∈[an,bn],(n=1,2,?)
唯一性:假设还有另外一点R且[a,b],则|||ab|0,
nnnn
即。从而唯一性得证。
3.确界原理证明有限覆盖定理
即闭区间[a,b]的任一开覆盖H都有有限的子覆盖
证①令S={x|a<x≤b,[a,x]
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