A.発散数列に定数を足した数列の極限: ∞に発散する数列と定数の和/−∞に発散する数列と定数の和 B.発散数列を定数倍した数列の極限: 発散数列の符号の反転 ∞に発散する数列と正の定数の積/∞に発散する数列と負の定数との積− ∞に発散する数列と正の定数の積/−∞に発散する数列と負の定数との積 C.発散数列anからつくった数列 zan+c の極限: D.発散数列と数列とを足した数列の極限: +∞に発散する数列と下に有界な数列との和/+∞に発散する数列と収束数列との和 −∞に発散する数列と上に有界な数列との和/−∞に発散する数列と収束数列との和 E.発散数列と数列とをかけた数列の極限:∞に発散する数列と正の数列との積 ※関連ページ: 数列の極限の定義/数列の上限sup下限infの性質/数列の極限の性質 →総目次 |
A-1・数列{an}が∞に発散し、cを有限の定数とするならば、 数列{an+c}も∞に発散する 【関連項目】・数列{an}が収束するケース証明数列{an}は∞に発散するから、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an>K) これは、有限の定数cを用いて、次のように書き換えられる。 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an>M−c ) …(1) ∵K=M−cとおいた。 すると、∀K∈Rは、∀(M−c)∈Rであり、cは条件で既定だから、∀(M−c)∈Rとは、∀Mである。 (1)と順序と加法の性質から、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an+c>(M−c)+c=M ) よって、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an+c>M ) これは、数列{an+c}が∞に発散する ことの定義にほかならない。 |
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A-2 |
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B-0. 発散数列の符号を逆転させた数列の極限「数列{an}が∞に発散する」ことと、「数列{−an}が−∞に発散する」ことは同値。 an→+∞ ( n→+∞ ) ⇔ −an→−∞ ( n→+∞ ) 【関連項目】・数列{an}が収束するケース(証明)[永倉宮岡『解析演習ハンドブック[1変数関数編]』§3.1-ex3.1.7(pp.96-7):証明付]・an→+∞ ( n→+∞ ) の定義は、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an>K ) …(1) ・実数の反数の順序の性質より、an>Kならば −an<−K だから、 (1)が成り立つならば、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒−an <−K ) …(2) が成り立つ。 (2)について。 (∀K∈R)つまりKはどんな実数でもよいのだから、 Kをいじって、−Kもどんな実数にでもできる、つまり、(∀−K∈R) 。 −K=Mとおくと、 (1)が成り立つならば、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒−an<M) …(2') が成り立つ。 ・(2')は、−an→−∞ ( n→+∞ ) の定義そのものだから、 (1)が成り立つならば、−an→−∞ ( n→+∞ ) (証明:an→+∞ ( n→+∞ )⇒−an→−∞ ( n→+∞ ) ) [永倉宮岡『解析演習ハンドブック[1変数関数編]』§3.1-ex3.1.7(pp.96-7):証明付] ・−an→−∞ ( n→+∞ )の定義は、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒−an<M) …(1) ・実数の反数の順序の性質より、−an <Mならば an>−M だから、 (1)が成り立つならば、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒an>−M) …(2) が成り立つ。 (2)について。 (∀M∈R)つまりMはどんな実数でもよいのだから、 Mをいじって、−Mもどんな実数にでもできる、つまり、(∀−M∈R) 。 −M=Kとおくと、 (1)が成り立つならば、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an>K) …(2') が成り立つ。 ・(2')は、an→+∞ ( n→+∞ ) の定義そのものだから、 (1)が成り立つならば、an→+∞ ( n→+∞ ) |
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B-1.正の無限大に発散する数列と正の定数との積の極限[黒田『微分積分学』問題2.5.6略解(p.411)はこれを前提している]条件1:数列{an}が∞に発散する かつ 条件2:定数z>0を満たす ならば、 数列{zan}も∞に発散する 【関連項目】・数列{an}が収束するケース(証明)[自力]・条件1:数列{an}は∞に発散するから、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an>K) …(1) ・条件2:z>0と(1)より、実数における順序と乗法の性質 より、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒zan>zK) ここで、(∀K∈R)つまりKはどんな実数でもよいのだから、 Kをいじって、zKもどんな実数にでもできる、つまり、(∀zK∈R) 。 zK=Mとおくと、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒zan>M) これは、数列{zan}が∞に発散することの定義にほかならない。 ※ z≧1,an≧0ならば、zan ≧an だから、 +∞に発散する数列より小さくならない数列は+∞に発散するを用いて、 zan→∞ と簡単にいえるが、0<z<1でzan<an のときもあるので、上のような論理になる。 |
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B-2.正の無限大に発散する数列と負の定数との積の極限条件1:数列{an}が∞に発散する、かつ、条件2:定数z<0を満たす ならば、 数列{zan}は−∞に発散する 【関連項目】・数列{an}が収束するケース(証明)[自力]・条件1:数列{an}は∞に発散するから、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an>K) …(1) ・条件2:z<0と(1)より、実数における順序と乗法の性質から、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒zan<zK) ここで、(∀K∈R)つまりKはどんな実数でもよいのだから、 Kをいじって、zKもどんな実数にでもできる、つまり、(∀zK∈R) 。 zK=Mとおくと、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒zan<M) これは、数列{zan}が−∞に発散することの定義にほかならない。 |
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B-3.負の無限大に発散する数列と正の定数との積の極限条件1:数列{an}が−∞に発散し、 かつ 条件2:定数z>0を満たす ならば、 数列{zan}も−∞に発散 【関連項目】・数列{an}が収束するケース(証明)[自力]・条件1:数列{an}は−∞に発散するから、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an<K) …(1) ・条件2:z>0と(1)より、実数における順序と乗法の性質 より、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒zan<zK) ここで、(∀K∈R)つまりKはどんな実数でもよいのだから、 Kをいじって、zKもどんな実数にでもできる、つまり、(∀zK∈R) 。 zK=Mとおくと、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒zan<M) これは、数列{zan}が−∞に発散ことの定義にほかならない。 |
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B-4.負の無限大に発散する数列と負の定数との積の極限条件1:数列{an}が−∞に発散し かつ 条件2:定数z<0を満たす ならば、 数列{zan}も∞に発散する 【関連項目】・数列{an}が収束するケース(証明)[自力]・条件1:数列{an}は−∞に発散するから、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an<K) …(1) ・条件2:z<0と(1)より、実数における順序と乗法の性質から、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒zan>zK ) ここで、(∀K∈R)つまりKはどんな実数でもよいのだから、 Kをいじって、zKもどんな実数にでもできる、つまり、(∀zK∈R) 。 zK=Mとおくと、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒zan>M) これは、数列{zan}が∞に発散することの定義にほかならない。 |
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C-1.条件1:数列{an}が∞に発散する、かつ、 条件2:有限の定数z>0、 かつ、 条件3:cは有限の定数 が満たされるならば、 数列{zan+c}も∞に発散する C-2.条件1:数列{an}が∞に発散する、かつ、 条件2:有限の定数z<0を満たす、 かつ、 条件3:cは有限の定数 が満たされるならば、 数列{zan+c}は−∞に発散する | ||
C-3.条件1:数列{an}が−∞に発散し、かつ、 条件2:有限の定数z>0を満たす、 かつ、 条件3:cは有限の定数 が満たされるならば、 数列{zan+c}も−∞に発散 C-4.条件1:数列{an}が−∞に発散し、かつ、 条件2:有限の定数z<0を満たす、 かつ、 条件3:cは有限の定数 が満たされるならば、 数列{zan+c}も∞に発散する (証明)条件1,2より、数列{zan}は∞に発散する(∵)。これと条件3より、数列{zan+c}も∞に発散する(∵)。 |
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D-1.+∞に発散する数列と下に有界な数列との和の極限条件1:数列{an}が∞に発散し、かつ、 条件2:数列{bn}が下に有界 ならば、 数列{an+bn}も∞に発散する 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)・数列{bn}は下に有界だから、(∀n∈N) ( bn≧L )を満たす実数L(下界)が存在する。 …(1) ・数列{an}は∞に発散するから、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an >K) これは、(1)のLを用いて、次のように書き換えられる。 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an>M−L ) …(2) ∵K=M−Lとおいた。 すると、∀K∈Rは、∀(M−L)∈Rであり、Lは(1)で既定だから、∀(M−L)∈Rとは、∀Mである。 (1)(2)より、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an+bn>(M−L)+L=M ) よって、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an+bn>M ) これは、数列{an+bn}が∞に発散することの定義にほかならない。 |
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D-1'.+∞に発散する数列と収束数列との和の極限条件1:数列{an}が∞に発散し、かつ、条件2:数列{bn}が収束する ならば、 数列{an+bn}も∞に発散する 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)収束する数列は有界だから、数列{bn}は有界。ゆえに、D-1より、数列{an+bn}も∞に発散する。 |
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D-2.−∞に発散する数列と上に有界な数列との和の極限条件1:数列{an}が−∞に発散し、かつ、 条件2:数列{bn}が上に有界 ならば、 数列{an+bn}も−∞に発散する。 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)・数列{bn}は上に有界だから、(∀n∈N) ( bn≦L )を満たす実数L(上界)が存在する。 …(1)・数列{an}は−∞に発散するから、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an<K) これは、(1)のLを用いて、次のように書き換えられる。 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an<M−L ) …(2) ∵K=M−Lとおいた。 すると、∀K∈Rは、∀(M−L)∈Rであり、Lは(1)で既定だから、∀(M−L)∈Rとは、∀Mである。 (1)(2)より、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an+bn<(M−L)+L=M ) よって、 (∀M∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an+bn<M ) これは、数列{an+bn}が−∞に発散することの定義にほかならない。 |
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D-2'.−∞に発散する数列と収束数列との和の極限条件1:数列{an}が−∞に発散し、かつ、条件2:数列{bn}が収束するならば、 数列{an+bn}も−∞に発散する。 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)収束する数列は有界だから、数列{bn}は有界。 ゆえに、D-2より、数列{an+bn}も−∞に発散。 |
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E1.∞に発散する数列と正の数列との積の極限条件1:数列{an}が∞に発散する かつ、 条件2:数列{bn}の任意の項について、bn≧δ>0を満たす ならば、 数列{anbn}も∞に発散する 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)・条件1:数列{an}は∞に発散するから、(∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒an>K ) ∀K∈Rだから、K=0とおいても、これは成り立つので、 (∃N0∈N) (∀n∈N) ( n≧N0⇒ an>0 ) …(1) ・条件2: (∀n∈N) (bn≧δ>0)と(1)より、 (∀n∈N) ( n≧N0⇒ anbn≧anδ) …(2) ・ anδは∞に発散する (∵) …(3) ・+∞に発散する数列より小さくならない数列は+∞に発散するから、 (2)と(3)より、数列{anbn}から、第1項〜第(N0−1)項を除いた数列は、∞に発散する。 つまり、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N>N0⇒ anbn>K ) これが成り立つならば、「数列{anbn}が∞に発散する」の定義 (∀K∈R ) (∃N∈N ) (∀n∈N ) ( n≧N⇒ anbn>K ) も成り立つ。 |
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E2.∞に発散する数列と負の数列との積の極限条件1:数列{an}が∞に発散する かつ、 条件2:数列{bn}の任意の項について、bn≦δ<0を満たす ならば、 数列{anbn}も−∞に発散する。 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)[黒田『微分積分学』問題2.5.6略解(p.411)をカスタマイズ。 ]・条件1:数列{an}は∞に発散するから、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒an>K) ∀K∈Rだから、K=0とおいても、これは成り立つので、 (∃N0∈N) (∀n∈N) ( n≧N0⇒ an>0) …(1) ・条件2: (∀n∈N) (bn≦δ<0)と(1)と、実数の公理・条件Dより、 (∀n∈N) ( n≧N0⇒ anbn≦anδ) …(2) ・anδは−∞に発散 (∵) …(3) ・−∞に発散する数列より大きくならない数列は−∞に発散するから、 (2)と(3)より、数列{anbn}から、第1項〜第(N0−1)項を除いた数列は、−∞に発散。 つまり、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N>N0⇒ anbn<K) これが成り立つならば、「数列{anbn}が−∞に発散」の定義 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ anbn<K) も成り立つ。 |
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E3.∞に発散する数列と正の値に収束する数列との積の極限条件1:数列{an}が∞に発散する かつ、 条件2:数列{bn}がβに収束し、かつ、β>0 ならば、 数列{anbn}も∞に発散する 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)[鈴木『例解微分積分学演習』§1.1問題14(p.9);永倉宮岡『解析演習ハンドブック[1変数関数編]』ex3.1.9(p.98)] |
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E4.∞に発散する数列と負の値に収束する数列との積の極限条件1:数列{an}が∞に発散する かつ、 条件2: 数列{bn}がβに収束し、かつ、β<0 ならば、 数列{anbn}は−∞に発散する。 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)[永倉宮岡『解析演習ハンドブック[1変数関数編]』ex3.1.9(p.98)] |
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E5.−∞に発散する数列と正の数列との積の極限条件1:数列{an}が−∞に発散し、 かつ、 条件2:数列{bn}の任意の項について、bn≧δ>0を満たす ならば、 数列{anbn}も−∞に発散 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)[黒田『微分積分学』問題2.5.6略解(p.411)をカスタマイズ]・条件1:数列{an}は−∞に発散から、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an<K) ∀K∈Rだから、K=0とおいても、これは成り立つので、 (∃N0∈N) (∀n∈N) ( n≧N0⇒ an<0) …(1) ・条件2: (∀n∈N) (bn≧δ>0)と(1)より、 (∀n∈N) ( n≧N0⇒ anbn≦anδ) …(2) ・ anδは−∞に発散する (∵) …(3) ・−∞に発散する数列より大きくならない数列は−∞に発散するから、 (2)と(3)より、数列{ anbn}から、第1項〜第(N0−1)項を除いた数列は、−∞に発散。 つまり、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N>N0⇒ anbn<K) これが成り立つならば、「数列{anbn}が−∞に発散」の定義 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ anbn<K) も成り立つ。 |
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E6.−∞に発散する数列と負の数列との積の極限条件1:数列{an}が−∞に発散し、 かつ、 条件2:数列{bn}の任意の項について、bn≦δ<0を満たす ならば、 数列{anbn}も∞に発散する 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)[黒田『微分積分学』問題2.5.6略解(p.411)をカスタマイズ] ・条件1:数列{an}は−∞に発散から、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ an <K) ∀K∈Rだから、K=0とおいても、これは成り立つので、 (∃N0∈N) (∀n∈N) ( n≧N0⇒ an <0) …(1) ・条件2: (∀n∈N) (bn≦δ<0)と(1)より、 (∀n∈N) ( n≧N0⇒ anbn≧anδ) …(2) ・ anδは∞に発散するする (∵) …(3) ・+∞に発散する数列より小さくならない数列は+∞に発散するから、 (2)と(3)より、数列{anbn}から、第1項〜第(N0−1)項を除いた数列は、∞に発散する。 つまり、 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N>N0⇒ anbn>K) これが成り立つならば、「数列{anbn}が∞に発散する」の定義 (∀K∈R) (∃N∈N) (∀n∈N) ( n≧N⇒ anbn>K) も成り立つ。 |
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E7.−∞に発散する数列と正の値に収束する数列との積の極限条件1:数列{bn}が−∞に発散 かつ、 条件2:数列{an}がα>0に収束 ならば、 数列{anbn}も−∞に発散 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)[松坂『解析入門1』§2.1数列-E-定理3-注意(pp.64-5) ] |
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E8.−∞に発散する数列と負の値に収束する数列との積の極限条件1:数列{bn}が−∞に発散 かつ、 条件2:数列{an}がα<0に収束 ならば、 数列{anbn}も+∞に発散 【関連項目】・数列 {an} {bn} が収束するケース(証明)[松坂『解析入門1』§2.1数列-E-定理3-注意(pp.64-5) ] |
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