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我们的目的很清楚,要构造 \(\displaystyle\lim_{m\to\infty}a_m\in\{a_n\}\)的反例. 这里\(\{a_n\}\) 严格
地说是集合 \(\{a_n\mid n\in\mathbb{N}^+\}\). 由于某些人坚持存在无穷大自然数,对他们
来说,\(\displaystyle\lim_{n\to\infty}a_n=a_{\infty}\in\{a_k\mid k\in\mathbb{N}^+\}\) 天经地义,不证自明。
那么有没有无穷大自然数这件事情就成了反例存在与否的问题. 这个问题不
受人类数学关注是因为没有无穷大自然数是皮亚诺公理的直接推论。对此的
异议只出现在本版块。不过本版块不是为这些医治教育或打击这些异议人士
而设立的。澄清真相,梳理认知,提高水平,分享心得才是目的。这个过程
其实不会得罪人,人感到被得罪是他自找的。
所以我们来挑战自己一下,能不能找到一种大家公认的收敛序列\(\{a_n\}\),它
不含 \(a_{\infty}\)? 答案是肯定的, 康托有理数基本列就是收敛的有理数列,不
含无理数项, 任选一个收敛到无理数的有理数序列\(\{a_n\}\), 便构成所需反例
而无需纠结无穷大自然数的存在性。
容易证明 \(\sqrt{2}\)不能表为二正数之比, 因而不是有理数, 是无理数。可见我们
的任务是给出一个收敛于\(\sqrt{2}\)的有理数序列. 注意到方程 \(x^2=2\)的牛顿
切线迭代解法 \(a_{n+1}=a_n-{\large\frac{a_n^2-2}{2a_n}}={\large\frac{a_n^2+2}{2a_n}}\;\small\;((x^2-2)'=2x).\)
归纳地定义一有理数序列如次: \(a_1=2,\,a_{n+1}={\large\frac{a_n^2+2}{2a_n}}\;(n\in\mathbb{N}^+).\)
于是\(\{a_n\}\)为有理数序列由其通项的归纳定义保证,而序列的极限为方程
\(x^2=2\)的正根由牛顿切线法保证。 |
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