Cauchy数列:设\({x_n}\)为一数列,如果对于任意给定的ε>0,都存在正整数N,使得
$|x_m-x_n|<ε,∀m,n>N$
则称\({x_n}\)为Cauchy数列。
Cauchy收敛准则:数列\({x_n}\)收敛的充分必要条件是它是Cauchy数列。
证明:先证必要性,设\({x_n}\)为收敛于A的数列,由数列极限的定义,对任意ε>0,存在正整数N,当m,n>N时有
$|x_m-A|<ε,$|x_n-0|<ε
所以 $|x_m-x_n|<2ε$
由ε的任意性,数列\({x_n}\)是Cauchy数列。
下证充分性,设数列\({x_n}\)是Cauchy数列。
取ε=1,存在正整数N,使得\(|x_m-x_n|<1,∀m,n>N\)
取n=N+1,有\(|x_m-x_{N+1}|<1,∀m>N\),从而\(|x_m|<1+|x_{N+1}|,∀m>N\)
令\(M=1+∑_{k=1}^{N+1}|x_k|\),则\(|x_n|≤M\),所以数列\({x_n}\)有界,即存在上下极限。
由定义,$-ε<x_n-x_m<ε,∀m,n>N$
若m给定,令n→∞,取下极限\(-ε≤lim(下极限){n→∞}x_n-x_m≤ε\)
令m→∞,取上极限\(-ε≤lim(下极限){n→∞}x_n-lim(上极限)_{n→∞}x_m≤ε\)
由ε的任意性,数列\({x_n}\)上下极限相等,即数列\({x_n}\)收敛。