[SCRÂȘIT] [FOȘT] [CLIC] CASEY RODRIGUEZ: Așa că am încheiat data trecută cu aceste proprietăți elementare pe care le cunoașteți despre valoarea absolută. Așa că permiteți-mi să demonstrez încă o teoremă despre valoarea absolută, pe care poate nu ați acoperit-o în calcul. Dar este de o importanță fundamentală în analiza reală, care este inegalitatea triunghiului, care afirmă că pentru toate xy din R, valoarea absolută a lui x plus y este mai mică sau egală cu valoarea absolută a lui x plus valoarea absolută a lui y. Deci de ce se numește inegalitatea triunghiului? Ei bine, permiteți-mi-- în loc ca x și y să fie numere reale, să ne gândim la acestea ca la vectori. Deci există x. Să spunem că y. Și atunci vectorul x plus y este această parte. Atunci ceea ce afirmă aceasta este că lungimea uneia dintre aceste laturi ale acestui triunghi este mai mică sau egală cu suma celor două laturi, suma lungimilor celorlalte două laturi ale triunghiului. Deci, de aceea se numește inegalitatea triunghiulară. OK, deci dovada nu este foarte dificilă, deși această inegalitate este probabil unul dintre cele mai utile trei lucruri pe care le veți învăța la această clasă dacă continuați să studiați mai multe analize-- celălalt fiind-- OK, deci eu' Vin... aceasta este cunoștințele de la PDE. Așa că cred că îl privesc prin prisma aceea a ceea ce găsesc util în PDE. Dar inegalitatea triunghiulară, integrarea pe părți, schimbarea variabilelor, cele trei alimentează mașina de analiză cu care sunt cel mai familiar. Deci, cum să demonstrăm inegalitatea triunghiului - dacă x și y sunt un R, atunci în mod clar, prin proprietatea numărul 6, x este mai mic sau egal cu valoarea absolută a lui x și y este mai mic sau egal cu valoarea absolută a lui y. Deci suma lor este mai mică sau egală cu valoarea absolută a lui x plus y. Și nu numai atât, pot înlocui x cu minus x și obțin minus x plus minus y, aceasta este mai mică sau egală cu valoarea absolută a minus x plus valoarea absolută a minus y. Dar aceasta este doar valoarea absolută a lui x plus y. Și, prin urmare, ambele implică - deci dacă doar iau aceasta și înmulțesc prin minus 1, această inegalitate, care, cu numărul 5 din proprietățile pe care le-am demonstrat, pentru valoarea absolută implică că valoarea absolută a lui x plus y este mai mic sau egal cu valoarea absolută a lui x plus valoarea absolută a lui y. Așa că permiteți-mi doar să fac o remarcă despre inegalitatea triunghiului invers , care va apărea în sarcina dvs. Și astfel, aceasta implică valoarea absolută a lui x minus y și valoarea absolută a diferenței dintre valorile absolute. De ce este invers? Pentru că inegalitatea se inversează. Valoarea absolută a lui x minus valoarea absolută și y, luați valoarea absolută. Aceasta este mai mică sau egală cu valoarea absolută a lui x minus y. Și vei demonstra asta în sarcină. Deci aceste două-- deci acest lucru rezultă din inegalitatea triunghiului. Dar aceste două inegalități se folosesc destul de mult. Și le vom folosi destul de mult pe tot parcursul cursului. Bine, așa că permiteți-mi să-mi iau un minut pentru a reconecta R cu ceea ce știți și iubiți din calcul, și anume zecimale. Și vom folosi acest fapt despre R pentru a răspunde la o întrebare firească pe care poate ți-o pui, care este următoarea. Așa că permiteți-mi să ridic asta ca o întrebare. Deci, această primă parte nu este întrebarea. Am abordat deja acest lucru în prima sarcină, faptul că rațiunile sunt numărabile. De fapt, ai făcut-o pentru rațiunile pozitive. Dar dacă raționalele pozitive sunt numărabile, atunci puteți demonstra că toate raționalele sunt numărabile. Și o întrebare firească - R este numărabil? Sau setul de numere reale poate fi numărat? Deci, până la urmă, nu te voi lăsa în suspans, răspunsul este nu. Și vom demonstra asta. Dar permiteți-mi doar să fac câteva observații despre ceea ce spune asta. Deci este următorul. Deci, dacă Q-- deci aceasta nu este o dovadă a acestui lucru. Voi face doar o remarcă pe baza acestui răspuns. Deci, deoarece R este nenumărabil și Q este numărabil, acest lucru implică faptul că R Q, mulțimea numerelor iraționale, este, de fapt, nenumărabil. De ce? Așa că voi spune doar în cuvinte de ce este adevărat. Deci, să presupunem altfel că atât numerele raționale, cât și iraționalele sunt numărabile. Apoi puteți mapa într- un mod bijectiv raționalele la numerele naturale și iraționalele și la numerele naturale. Dar apoi puteți mapa acele numere naturale la 0, minus 1, minus 2, minus 3 și așa mai departe. Deci atunci descoperiți că există o bijecție de la Q la numerele naturale și iraționalele la numerele întregi mai mici sau egale cu 0. Și, prin urmare, există o bijecție de la R la numerele întregi. Dar numerele întregi sunt numărabile, ceea ce ar contrazice faptul că R este nenumărabil. Prin urmare, setul de iraționale este de nenumărat. Deci, pe scurt, dacă nu ai urmat asta, mulțimea de iraționale este nenumărabilă, deoarece altfel ar forța pe R să fie numărabil. Acum, nu am demonstrat încă că R este de nenumărat. O vom face în doar un minut. Și vom folosi o teoremă despre expansiunile zecimale pentru-- sau reprezentările zecimale ale numerelor reale. Așa că acum, conectând raționale și iraționale la ceea ce ai văzut de când erai mic, așa că la zecimale, pur și simplu - de obicei - ne gândim la numerele raționale ca în termeni de reprezentări zecimale. Ce înseamnă asta? Asta înseamnă că luăm -- dacă x este în Q, atunci vom scrie x ca un număr ori o cifră ori 10 la k plus 10 la k minus 1 plus d0. Și apoi mergem la locul zecimii, deci d la-- d minus 1 10 la minus 1 plus-- deci aceasta este discuție. Nu enunț nicio teoremă în acest moment, până nu ajungem, poate, la ultima zecimală. Și cu aceste cifre, un submult de 0, 1, 9. Deci tot ceea ce spun este că de obicei ne gândim la x ca în acest fel. Și apoi scriem x ca dk, dk minus 1, d minus 1, d minus 2 și așa mai departe. Folosesc această notație pentru că voi fi... aceasta este notația de care am nevoie pentru a afirma teorema despre numerele reale. Dar este destul de prostesc că sunt pe cale să notez asta în acest decor. Bun venit la MIT. Deci, de exemplu, 1 ori 10 plus 1 ori 10 la 0 plus 1 ori 10 la minus 1. Acesta ar trebui să reprezinte numărul 11,1, care este numărul rațional. Este destul de amuzant că a trebuit să mă gândesc la asta un minut pentru a trece de la expansiunea zecimală la numerele raționale. Dar nu-mi da un timp prea greu. Într-o mulțime de matematică cel puțin pură, de obicei scriem lucruri în numere raționale. Nu scriem în zecimală-- Nu am fost nevoit să scriu în zecimală extindere de ceva timp. Oricum, acum, desigur, nu toate numerele raționale pot fi scrise ca o expansiune zecimală finită. De exemplu, 1/3 trebuie să scrieți ca 0,33333 și așa mai departe și așa mai departe. Deci asta nu este neapărat acoperit în discuția pe care o am chiar aici. Dar va fi acoperit în ceea ce sunt pe cale să spun pentru cifrele reale. Deci am putea acoperi 1/3. Și atunci putem acoperi și fiecare număr real dacă permitem reprezentări zecimale infinite. Așa că voi folosi cuvântul expansiuni zecimale sau reprezentări zecimale în mod interschimbabil acolo. Deci, permiteți-mi să fac o definiție. Și ceea ce voi spune este despre numerele reale între 0 și 1. Desigur, dacă vrei să vorbim despre numere reale mai mari decât 1, atunci trebuie doar să lipești 1 la... dacă vrei, la locul d0. . Deci, partea infinită este a avea de a face cu ceea ce vine după punctul zecimal. Deci, permiteți-mi să fac următoarele. Deci aceasta este o definiție riguroasă. Fie x în 0, 1 excluzând 0. Și fie d minus j în 0, 1 la 9. pentru j, un număr natural. Deci spunem că x este... deci ce înseamnă să spunem că x este dat de o expansiune zecimală infinită sau dat de o reprezentare zecimală infinită? Spunem că x este reprezentat de cifre. Și scriem că x este egal cu d minus 1, d minus 2, d minus 3. Dacă... deci acesta este sensul exact al acestui lucru. Dacă x este egal cu supremamul mulțimii, deci iau o expansiune zecimală finită. Și apoi obținem un număr pentru fiecare n, un număr natural. Deci primul este doar d minus 1 10 la minus 1. Și apoi, pentru n este egal cu 2, pun pe următorul loc al sutimilor și apoi al miilor. Și astfel obțin un set de numere reale. Dacă îi iau supremul și obțin x, atunci spun că x este reprezentat de aceste cifre sau că x-- sau că asta dă o reprezentare zecimală a lui x. Ca să vezi că acest lucru se aliniază cu ceea ce știi, dacă mă uit la 0,250000, îți amintești că acesta este acum sup de ce? Dintr-un anumit set. Așa că lasă-mă să fac mai întâi tipul ăsta. Deci acesta este 2/10. Și acum, adaug locul sutimiilor plus 5/100, și apoi 2/10 plus 5/100-- acesta este un set, amintiți-- plus 0/1000 peste plus-- și la fiecare tip următor, sunt ar trebui să ia asta și să adauge încă un 0. Deci, ca set, acesta este doar un set care conține două elemente, și anume 2/10 și 25/100. Și deci acesta este mai mare decât acel tip. Deci suprema este 25/100, ceea ce este egal cu 1/4. OK, deci toate astea să-ți spun că, da, această definiție ar trebui... sau cel puțin sună adevărată cu ceea ce ți-a fost învățat, că 1/4 este egal cu 0,25, bine? OK, deci acum că am terminat cu inegalitatea triunghiului, voi șterge asta. Și deci aceasta este ultima discuție despre proprietățile elementare ale numerelor reale. În continuare, vom vorbi despre secvențe de numere reale. Bine, deci în regulă, deci am această definiție. Teorema fundamentală despre numerele reale este că fiecare număr real, cel puțin în această setare între 0 și 1, poate fi reprezentat printr-un set de cifre sau are o reprezentare zecimală. Și fiecare zecimală - dacă doriți, fiecare set de cifre corespunde unei reprezentări zecimale a unui număr real. Așa că permiteți-mi să precizez al doilea lucru pe care l-am spus mai întâi. Deci, pentru fiecare set de cifre d minus j cu fiecare dintre aceste d minus j în 0 până la 9, atunci există un x unic în intervalul închis 0, 1 astfel încât x este egal cu d minus 1 - cu această reprezentare zecimală. Deci, dați-mi câteva cifre și pot găsi un număr real unic care are acea reprezentare zecimală. Acum, înainte de a afirma a doua parte a teoremei, aceasta spune că vă dau cifre, obțin un număr real unic. Acum, întrebi despre cealaltă direcție. Dacă am un număr real, primesc un set unic de cifre? Și, desigur, asta nu este neapărat adevărat pentru că, de exemplu, 1/2, aceasta este egală cu 0,500 și așa mai departe. Dar acesta este, de asemenea, egal cu 0,4999 și așa mai departe. Deci da, fiecare set de cifre îmi oferă un număr real unic. Deci, dacă ți-aș da aceste cifre, ar scuipa 1/2 și doar 1/2. Nu ar scuipa 1/4. Dar dacă îmi dați un număr real, nu există neapărat un set unic de cifre care să ofere o expansiune zecimală pentru acel număr. Deci pot avea două expansiuni zecimale diferite. Am 0,5 și am 0,4999. Întotdeauna voi avea cel puțin unul, dar nu este neapărat unic. Dar putem evidenția o alegere unică solicitând ca, într-un anumit sens, dacă ar fi să o trunchiez, atunci expansiunea zecimală ar fi mai mică decât numărul pe care îl privesc și vreau să îl extind. Deci, aceasta este a doua parte a acestei teoreme, este că pentru fiecare x din 0, 1, acum excluzând 0, există cifre unice - și ca înainte, acestea sunt de la 0 la 9 - astfel încât x este - astfel încât acestea dau o reprezentare zecimală a lui x. Și ce anume evidențiază o alegere dacă ne confruntăm vreodată cu aceste două lucruri? Și dacă trunchiez expansiunea zecimală, așa că nu voi scrie zerouri după aceea. O să-l trunnesc -- acesta este întotdeauna mai mic decât x și acesta este mai mic sau egal cu plus 10 la minus n. În regulă, așa că această inegalitate va rămâne întotdeauna. Și de fapt, așa că această inegalitate va ține mereu. Și, de fapt, x este întotdeauna mai mare sau egal cu această parte, indiferent de ce. Dacă x este dat printr-o reprezentare zecimală, deci avem întotdeauna aceste două. Acesta este mai mic sau egal cu și acesta este mai mic sau egal cu. Dar evidențiem o alegere unică de reprezentare zecimală, alegând ca aceasta să fie strict mai puțin decât. Deci, asta ne obligă să-l alegem pe acest tip în locul acestui tip. Deci, pentru teorema 2, aceasta ar spune că reprezentarea unică care satisface aceasta pentru 1/2 este dată de 0,4999. Și, de exemplu, pentru 1 ar fi doar 0,9999, deoarece dacă iau această reprezentare și o tai, aceasta este de fapt egală cu 1/2 și nu mai puțin de 1/2. OK, deci a fost o mulțime de discuții despre teoremă. Dar asta a fost dintr-un motiv pentru că de fapt nu voi demonstra această teoremă. Nu este complet dificil. Folosește doar cea mai mică proprietate superioară a numerelor reale. Dar este puțin ciudat de scris. Și ceea ce aș face mai degrabă este să folosesc această teoremă pentru a-mi demonstra răspunsul, răspunsul la întrebarea mea de acolo, dacă R este responsabil sau nu. În manual, există o dovadă a acestei teoreme, pe care o puteți citi. OK, deci vom folosi această teoremă pentru a demonstra următoarea teoremă datorată lui Cantor. Deci am trecut de la valori absolute, care poate nu a fost prea șoc și uimire, acum la această teoremă, care pentru mine este șoc și uimire, este următorul, că intervalul 0, 1 este de nenumărat. Bine, deci poate te întrebi, ei bine, asta arată că acest lucru este de nenumărat. Și asta înseamnă că R este de nenumărat. Deci unde mergem de la asta la asta? Ei bine, te las să te gândești la asta. Dar să presupunem că acesta a fost de nenumărat și R a fost numărabil. Așa că o să spun asta, să spun cu voce tare de ce. Dacă acesta a fost de nenumărat și R a fost numărabil, atunci deoarece acesta este un submult al lui R, înseamnă că acest sub ar fi - așa că permiteți-mi să scriu. De ce implică asta... Și o să-ți dau o dovadă falsă, dar poți face asta complet riguroasă... o dovadă falsă în sensul că voi scrie doar simboluri care implică asta. Deci, de ce este R de nenumărat atunci dacă acesta este de nenumărat? Ei bine, funcția care preia un element aici doar în R, aceasta este în mod clar bijectivă. deci doar harta identității de la 0, 1 în R este o hartă injectivă. Deci am clar că cardinalitatea acestui set este mai mică sau egală cu cardinalitatea lui R. De fapt, poate vă puteți gândi la asta. Poate o voi pune în sarcină. Dar, de fapt, se poate dovedi că au aceeași cardinalitate. Dar am asta. Și asta este de nenumărat. Prin urmare, cardinalitatea sa este mai mare decât numerele naturale. Deci, acest lucru ar trebui să implice că cardinalitatea numerelor naturale este mai mică decât cardinalitatea lui R. Cu alte cuvinte, R este nenumărabil. În regulă, deci să demonstrăm această teoremă datorată lui Cantor. Acum, această altă teoremă datorată lui Cantor, că cardinalitatea mulțimii de puteri este mai mare decât cardinalitatea mulțimii... Adică, asta a fost... cel puțin dovada, prima dată când am văzut-o, asta a fost un rahat nebun. . Și asta va fi, de asemenea, un rahat destul de nebun și inteligent . Deci, acesta este ceea ce se numește argumentul de diagonalizare sau argumentul diagonal al lui Cantor. Și este următorul. Deci vom demonstra acest lucru prin contradicție. Deci vom presupune că acest lucru este numărabil. Deci nu poate fi finit. Există o infinitate de elemente aici. Deci, să presupunem că, de fapt, are cardinalitatea numerelor naturale. Și vom ajunge la o contradicție. Deci, există o funcție, pe care o voi numi x, din numere naturale în 0, 1, care este bijectivă. Acum, lasă-mă să numesc această stea a inegalității. Pentru fiecare n, scriem x din n. Deci acesta este un element de 0, 1. Deci acesta este bijectiv. Deci fiecare element din 0 este mapat pe. Deci scriem x din n ca să fie în reprezentarea sa zecimală. Am doi indici acum-- unul pentru locul cifrei și cel pentru care-- scuzați-mă. Cel puțin te-am adăpostit de strănutul acela punând mâna peste microfon. Este microfonul încă pornit? Da. OK, deci pentru fiecare n, scriem fiecare x din n în reprezentarea sa zecimală , stea satisfăcătoare. Deci, fiecare x din aici poate fi scris unic într-o reprezentare zecimală dată care satisface această inegalitate aici. Și ceea ce vom face este să venim cu un număr real în intervalul 0, 1, căruia x nu se mapează, ceea ce, prin urmare, contrazice faptul că x este surjectiv. Și surjectiv bijectiv înseamnă că totul trebuie să fie mapat. Asta e partea de onoare. Injectiv înseamnă că mapează lucruri diferite cu lucruri diferite. Deci, care este ideea de a găsi acest element pe care să nu fie mapat? Deci, permiteți-mi să notez doar câteva dintre aceste expansiuni zecimale. Și s-ar putea să nu vreau să fac un al patrulea. Și poate da. Deci, aceasta este, din nou, o discuție. Așa că voi pune asta între paranteze, ceea ce înseamnă că aceasta nu face parte din dovadă, dar aceasta este o parte din ideea a ceea ce se întâmplă. Și unde este partea diagonală? OK, deci și asta ar trebui să meargă în această direcție. Și expansiunea zecimală este marcată în această direcție. Și așadar, cumva, această listă, dacă ar continua să meargă în acea direcție, ar trebui să conțină fiecare număr real între 0 și 1. Și, deci, care este ideea de a veni cu un număr real între 0 și unul care nu se află în această listă este coborâm pe diagonala expansiunilor zecimale și schimbăm fiecare zecimală cu altceva decât ceea ce este. Și așa, așadar... și apoi îmi iau elementul y. Așa că nu uitați, încercăm să găsim un y care nu este în această listă. Și apoi aș considera y numărul real pe care îl obțin schimbând fiecare dintre aceste cifre zecimale. Așa că vă puteți imagina dacă cumva a apărut y-- să spunem că a apărut, deoarece nu vreau să mai scriu, ca x4, atunci, cumva, acest număr ar trebui să fie cifra pentru y, dar l-am schimbat. Și, prin urmare, nu este cifra lui y. Deci asta e pe scurt. Dacă nu ai înțeles asta, e în regulă. Lasă-mă acum să scriu detaliile. Deci, este puțin mai simplu de imaginat dacă, să spunem, toate acestea ar fi 0 și 1. Deci, în loc să fie baza 10, acum este baza 2. Și astfel, în loc de -- dacă cifra a fost 0, am răsturnat-o la 1. Așa că vă puteți imagina că dacă y a făcut-- așa și apoi formez y prin răsturnând cifrele. Deci, dacă acesta ar fi 0, 0, 1, 1, atunci y ar începe cu 1, 1, 0, 0. Și, prin urmare, dacă y ar apărea, să zicem, al patrulea pe linie, ar trebui să fie 1 și 0 în același loc doar prin modul în care am construit y răsturnându-l. Și, prin urmare, nu poți fi în acea listă. Și, prin urmare, această hartă nu poate fi surjectivă, ceea ce este contradicția noastră. Așa că permiteți-mi să fac acest lucru mai precis. Fie ej-- acesta va fi 1. Dacă j-a cifră a j-a x din j nu este egală cu 1; 2, dacă j-a cifră a j-a tip din acea listă, sau x din j, este egală cu 1. Prin partea 1 a teoremei, teorema anterioară, există y unic în 0, 1 fără 0-- De ce? Pentru că unele dintre aceste cifre sunt diferite de zero. Este întotdeauna fie 1, fie 2 - astfel încât y este egal cu e minus 1, e minus 2 și așa mai departe. Deci, în plus, deoarece toate aceste cifre sunt fie 1, fie 2, ele sunt cu siguranță diferite de zero. Deci y este dat de o expansiune zecimală în care toate aceste lucruri sunt diferite de zero. Deci asta înseamnă că pentru tot n, un număr natural, dacă iau o expansiune zecimală finită - așa că am tăiat aceasta la e la minus n -- deoarece e la e minus n plus 1 este fie 1, fie 2, asta este va fi pozitiv. Deci este mai puțin decât y. Și acesta este întotdeauna cazul, că acesta este mai mic sau egal cu. Deci, pentru că toate aceste cifre sunt pozitive, dacă le tai, dacă le trunnesc, atunci acel număr va fi mai mic decât y, pentru că îmi lipsesc lucruri de la milionesime sau orice altceva de fiecare dată pentru fiecare n. Și, prin urmare, această expansiune zecimală este reprezentarea zecimală unică din partea 2 a teoremei pe care am afirmat-o. Fiecare element din 0, 1 are o reprezentare unică, satisfăcând acea inegalitate. Deoarece toate aceste cifre sunt pozitive, aceasta, de fapt, este o reprezentare unică a acestui element y, pe care l-am construit prin răsturnarea cifrelor de pe această hartă. Acum, deoarece x este surjectiv, există un n, număr natural - acest n nu are nimic de-a face cu acel n. Poate voi folosi o altă literă, m-- astfel încât y să fie egal cu x din m. Atunci să presupunem că mă uit la e la minus m. Deci, aceasta spune că a m-a cifră, care ar trebui să-mi dea e la minus m, deoarece aceasta este egală cu -- aceasta, rețineți, este egală cu 1 dacă dm 2 dacă dm este egal cu 1. În special, acest lucru nu înseamnă egal dm. Așa că am demonstrat că acest număr nu se egalează. Bine, nu pot niciodată dacă... Nu pot avea niciodată acest număr, oricare ar fi el, egal cu acest lucru pentru că îl schimb mereu. Dacă acest lucru este 1, atunci acest număr este 2. Dacă acest număr nu este 1, atunci acest număr este 1. Și, prin urmare, nu este egal cu acesta. Și aceasta este o contradicție. Astfel, arată că acest set este de nenumărat. Așa că sper că am explicat destul de bine. De asemenea, puteți căuta o explicație în manual . Și bineînțeles, poți să mă întrebi în orele de birou pentru mai multe explicații. Lasă-mă să mă alimentez foarte repede. OK, acum trecem la un nou capitol. Vom ajunge la... acum, vom ajunge la partea de analiză. Deci analiza, așa cum am spus mai înainte, este studiul limitelor. Analiza reală este studiul limitelor care are de a face cu numerele reale. Deci, să ajungem la prima noastră noțiune de limită. Și aceasta este limita unei șiruri de numere reale. Deci, acum, trecem la secvențe și serii. Deci, care este definiția precisă a unei secvențe de numere reale? O succesiune de numere reale este tocmai o funcție x din numerele naturale în R, doar o funcție. Nu trebuie să fie bijectiv, surjectiv, injectiv, orice. Este doar o funcție de la numerele naturale la R. Deci exact asta este o succesiune de numere reale. Acum, de obicei, nu ne gândim la o secvență ca la o funcție. De fapt, nici măcar nu folosim această notație. Notăm x din n cu x sub n și secvența asociată prin aceste paranteze, n este egal cu 1 până la infinit. Sau s-ar putea să nu scriem nici măcar n egal cu 1 la infinit sau pur și simplu să începem să le listăm. În regulă, deci permiteți-mi să spun rapid că, deși-- așadar din nou, o secvență, definită fără ambiguitate, este o funcție de la numerele naturale la reale. Deci nu confunda asta cu un set. O secvență nu este un set. Deci, gândiți-vă la o secvență, chiar dacă din nou este definită ca o funcție, ca doar o listă infinită de elemente ale lui R -- un element, primul element, al doilea element, al treilea element și așa mai departe. Și nu trebuie să fie diferiți. Deci, de exemplu, 1, 1, 1, 1, aceasta este o secvență perfect bună. În ceea ce privește funcția, acesta este x din n este egal cu 1 pentru tot n. Dar din nou, nu mă voi gândi cu adevărat la o secvență ca la o funcție. Așa cum nu ne-am gândit niciodată la funcții ca submulțimi de-- ca anumite submulțimi ale produsului cartezian a două mulțimi, ar trebui să vă gândiți la acestea ca doar o listă de numere reale. Și când ne referim la ele, fie le vom scrie așa, fie cu paranteze în jurul unei expresii pentru x sub n. Deci, de exemplu, dacă ar fi să scriu asta, asta înseamnă că aceasta este secvența dată de 1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 și așa mai departe. BINE. Deci, iată o altă definiție. Deci, o secvență este mărginită dacă, într-un anumit sens, nu ajunge la valori arbitrar mari. Deci secvența x sub n este mărginită dacă există un număr real b mai mare sau egal cu 0, astfel încât pentru toate n din numerele naturale xn este mai mic sau egal cu b în valoare absolută. Deci, din nou, de exemplu, dacă ne uităm înapoi la ambele două secvențe -- 1, 1, 1 și secvența 1 peste n -- acestea sunt mărginite. De ce? Pentru că fiecare element din aceasta... nu ar trebui să spun element, dar fiecare intrare din această secvență este egală cu 1. Deci este mărginită de 1. Și fiecare intrare din această secvență este mai mică sau egală cu 1. Deci este mărginită de 1. în valoare absolută. Este și pozitiv. Deci amândoi sunt mărginiți. Un alt exemplu este șirul minus 1 la n. Așa că voi scrie egali, deși asta nu ar trebui... asta nu înseamnă nimic. Am de gând să o scriu -- să o scriu -- sau să încep să enumerez intrările -- minus 1, 1, minus 1, 1, minus 1, 1. Acest lucru este, de asemenea, mărginit deoarece valoarea absolută a minus 1 la n este 1. Deci, acesta este mărginit de 1 pentru toate n. Deci, ce este un non-exemplu? Secvența n-- cu alte cuvinte, aceasta este secvența 1, 2, 3, 4, 5 și așa mai departe. Acum, exact de ce nu-- așa că ar trebui să spun că acest lucru este limitat. Și în caz contrar, mă voi referi la x sub n ca nelimitat, nemărginit. Deci, de ce este nelimitat? Pentru că intrările devin din ce în ce mai mari. Dar dacă v-aș cere să dovediți acest lucru, ar trebui să arătați-- și acesta este, de asemenea, un prim exercițiu bun-- ce înseamnă a fi nemărginit. Așa că am spus asta la un moment dat, că, dacă întâlniți o definiție destul de interesantă, ar trebui să căutați în sus sau să încercați să veniți cu exemple. Și de obicei, atunci când vii cu exemple, ar trebui să vină cu non-exemple. Și ceea ce vă cere să faceți este să negeți definiția. Ce înseamnă ca ceva să nu fie așa? Deci, chiar dacă spun că, dacă nu este mărginit, îl numesc nemărginit, de fapt nu am scris o declarație matematică în acest sens despre ce înseamnă asta. Așa că permiteți-mi să fac asta chiar aici ca o remarcă. Deci o secvență este nemărginită, deci dacă nu satisface acea definiție. Deci trebuie să negăm această definiție. Definiția spune că aceasta este mărginită dacă există un b mai mare sau egal cu 0, astfel încât acest lucru este valabil pentru tot n. Acum, când nega un există, acesta devine un pentru toți. Iar când neg un pentru toți, acesta devine o existență. Și apoi anulez această condiție. Deci șirul este nemărginit dacă pentru toate b mai mari sau egale cu 0 există un număr natural în n astfel încât xn în valoare absolută este mai mare decât b. Acum, folosind asta-- deci aceasta este-- dacă vrei, poți lua asta ca o a doua definiție. Sau nu este chiar o definiție, deoarece este doar negația primei definiții. De ce acest set este nelimitat? Din cauza proprietății arhimedeene. Așa că acum, vă ofer o mică dovadă scurtă despre motivul pentru care această secvență este nelimitată. Fie b mai mare sau egal cu 0. Prin proprietatea arhimediană, există un număr natural n astfel încât n este mai mare decât b, ceea ce am vrut să demonstrăm pentru că, în acest caz, x sub n este n, este nemărginit. OK, acum, ce înseamnă pentru noi să avem o limită a unei secvențe? Ce înseamnă o limită a unei secvențe? Ce înseamnă ca un număr real să fie limita unei secvențe? Ce înseamnă ca o secvență să converge către ceva? Deci secvența x sub n converge către un număr real x în R dacă este îndeplinită următoarea condiție -- dacă pentru fiecare epsilon pozitiv, există un număr natural capital M astfel încât pentru toate n mai mari sau egale cu capitalul M xn minus x valoarea absolută este mai mică decât epsilon. Acum, amintiți-vă că valoarea absolută este menită să fie ceva ca o distanță. Deci, ce spune această afirmație? Aceasta spune că dacă îți dau puțină toleranță, epsilon, și mergi suficient de departe în secvență, atunci distanța dintre acea intrare din secvență și x sunt foarte apropiate una de cealaltă. Permiteți-mi să termin de precizat restul acestei definiții și vom mai discuta puțin. Dacă o secvență converge, spunem că este convergentă. Altfel, spunem că este divergent. Așa că bine, lasă-mă să desenez... lasă-mă să fac o mică imagine a ceea ce trebuie să fie. Deci numerele reale au fost asta... Adică, este acest câmp unic ordonat cu cea mai mică proprietate superioară. Dar când te gândești la numerele reale, gândește-te la el așa cum te-ai gândit întotdeauna la el, ca doar la linia numerică reală. Deci, ce înseamnă această definiție? Înseamnă că o secvență converge către un x dacă pentru fiecare epsilon pot face următoarele. Dacă mă uit la... dacă îți dau un epsilon și mergi de fiecare parte a sumei x epsilon , atunci ar trebui să poți găsi un M majuscul, astfel încât dacă te uiți la intrările din secvența ta x sub n pentru n mai mare decât sau egal cu M sunt în tipul ăsta. Deci, ar trebui să am x sub M acolo, x sub M plus 1, x sub M plus 2. Și, în general, x sub n ar trebui să fie acolo, atâta timp cât n este mai mare sau egal cu M. Deci ar trebui să fiu capabil să facă asta pentru fiecare epsilon. Deci, pentru orice cantitate de toleranță epsilon, ar trebui să puteți merge suficient de departe în secvența încât toate intrările din acea secvență să fie în această toleranță de x. Adică, deși aceasta este o imagine a ceea ce înseamnă definiția, cum ar trebui să... Vreau să spun, probabil că ai dobândit multă experiență cu secvențele când făceai calcul. Dar ce înseamnă asta în mod liber? Înseamnă că dacă mă uit aproape de x, un mic interval care conține x, atunci toate secvența, toate elementele secvenței ar trebui să fie în cele din urmă în acest -- în acest mic interval. Sau un alt mod de a ne gândi la asta este că, pe măsură ce continui secvența, intrările se apropie din ce în ce mai mult de x. Acum, modul în care se face aceste ultime două afirmații intuitive precise este prin această definiție. Partea din ce în ce mai apropiată este încapsulată în aceasta pentru toate părțile epsilon. Și, în cele din urmă, a te apropia din ce în ce mai mult înseamnă pentru toți n mai mari sau egali cu M majuscul. Atâta timp cât merg suficient de departe în secvență, se apropie de x. Deci sper că este destul de clar. Bine, deci din nou, avem o definiție. Și este destul de interesant. Așa că ar trebui să facem exemple, și apoi să o negăm. Dar înainte de a face oricare dintre acestea, vreau să demonstrez un fapt foarte simplu despre secvențele convergente, și anume că, dacă am o secvență care converge către x, atunci x este singurul lucru către care poate converge secvența. Nu pot avea o secvență convergentă care să convergă către două lucruri diferite. După cum am spus, dacă urmați această intuiție că, în cele din urmă, sub n-urile x se apropie din ce în ce mai mult de x, ei bine, atunci nu există nicio cale să se apropie și de altceva decât de x. Așa că vreau doar să demonstrez asta foarte repede. Și apoi vom face exemple și o negație a acestei definiții. Deci următoarea teoremă-- și deci voi spune mai întâi teorema care nu are nimic de-a face cu secvențele, dar este o modalitate bună dacă doriți să arătați că două lucruri sunt egale. Puteți arăta că sunt mai mici decât orice. Deci prima teoremă pe care o voi afirma este dacă x și y sunt în R și toate epsilonul pozitiv x minus y este mai mic decât epsilon, atunci x este egal cu y. Aceasta nu este o afirmație surprinzătoare. Dacă am x și y și distanța dintre ele este arbitrar mică, atunci trebuie să fie același lucru. Deci care este dovada? Să presupunem că xy este în R. Și pentru toți epsiloni pozitivi, x minus y este mai mic decât epsilonul. Deci acum, vreau să demonstrez că x este egal cu y. Deci să presupunem că acest lucru nu este valabil și să ajungem la o contradicție. Deci aceasta este o scurtă dovadă prin contradicție. Să presupunem că x nu este egal cu y. Apoi amintiți-vă că am demonstrat că valoarea absolută a ceva este 0 dacă și numai dacă acel lucru este egal cu 0 și este întotdeauna nenegativ. Deci, x nu este egal cu y înseamnă că valoarea absolută a lui x minus y este mai mică decât-- este mai mare decât 0. Apoi, prin această presupunere, pentru epsilon egal cu x minus y peste 2, obțin-- ceea ce implică dacă doar scad că peste, x minus y este mai mic decât 0. Deci 1/2 este mai mic decât 0 sau-- și aceasta este o afirmație foarte falsă. Am demonstrat deja că valoarea absolută este întotdeauna nenegativă. Deci, dacă am două numere reale care sunt arbitrar apropiate unul de celălalt, atunci trebuie să fie aceleași. Voi folosi această teoremă pentru a demonstra că -- nu știu de ce am pus un 1 acolo -- de ce limite -- și nu am spus că așa numim x -- dar de ce o succesiune convergentă poate doar converge la un singur lucru. Deci iată afirmația celei de-a doua teoreme. Dacă x sub n este o secvență și converge către x și, de asemenea, converge către y, atunci x este egal cu y. Deci o secvență convergentă poate converge doar către un singur lucru. Și din nou, așa cum am spus, ar trebui să fie clar pentru că ceea ce se întâmplă este că dacă am două lucruri care nu sunt egale și x sub n converge către x, asta înseamnă că, atâta timp cât merg suficient de departe în secvență, se presupune că ele sunt pentru a fi aici în acest mic interval în jurul lui x. Ei bine, dacă ar trebui să convergă către y, dacă merg suficient de departe, ar trebui să fie și aici atâta timp cât merg suficient de departe. Dar nu poți fi în două locuri deodată. Și de aceea x trebuie să fie egal cu y. Deși, presupun că acum facem toate cursurile online, unele sunt înregistrate. Deci poți fi două locuri deodată, dar cel puțin nu aici. OK, deci vom folosi această teoremă pentru a demonstra această afirmație. Să presupunem că-- converge către x și y. Și vreau să verific că pentru toate epsilonul pozitiv valoarea absolută a x minus y este mai mică sau egală cu epsilon. Acum, amintește-ți dacă demonstrez ceva pentru toate epsilonul, trebuie să... asta înseamnă că o fac pentru epsilon arbitrar. Primești puncte doar pentru setarea să fie epsilon pozitiv. OK, acum vreau să arăt valoarea absolută a lui x minus y este mai mică sau egală cu epsilon. Și practic vom face argumentul pe care tocmai l-am șters. Deci, deoarece x sub n converge către x, asta implică faptul că există un număr natural M1 astfel încât pentru tot n mai mare sau egal cu M1, x sub n minus x este mai mic decât epsilon peste 2. De ce epsilon peste 2? Vei vedea, magia se întâmplă. Și din moment ce x sub n converge către y, așadar, acest lucru implică faptul că există un număr natural M2 astfel încât pentru toate n mai mari sau egale cu M2 - deci din nou, aceasta este partea care spune atâta timp cât merg suficient de departe s sub n trebuie să fie aproape de x. Acum, aceasta este partea care spune că atâta timp cât merg suficient de departe, x sub n trebuie să fie aproape de y-- astfel încât pentru tot n mai mare sau egal cu M2 x sub n minus y este mai mic decât epsilon peste 2. Apoi, din moment ce suma M1 plus-- acestea sunt ambele numere naturale. Acesta este mai mare sau egal cu M1 și M2. Acest lucru implică - acum, voi folosi aceste două inegalități și inegalitatea triunghiulară. Atunci, dacă mă uit la valoarea absolută a lui x minus y, aceasta este egală cu valoarea absolută a lui x minus x sub n plus x sub n minus-- deci, permiteți-mi-- nu x sub n, ci x sub M1 plus M2 plus x sub M1 plus M2. Acum, după inegalitatea triunghiului, aceasta este mai mică sau egală cu x M2 plus M1 plus M2 minus y. Acum, aceasta este mai mică decât epsilon peste 2, deoarece M1 plus M2 este mai mare sau egal cu M1. Și din același motiv, din moment ce plus M1 plus M2 este mai mare sau egal cu M2, acesta este mai mic decât epsilon peste 2. Ah, acum vezi de ce le-am împărțit pe amândouă la 2 pentru că atunci când le adun, primesc epsilon. . Deci am arătat că pentru fiecare epsilon pozitiv, valoarea absolută a lui x minus y este mai mică decât epsilon. Prin urmare, prin teorema pe care am demonstrat-o acum un minut, x este egal cu y. De ce am afirmat acea teorema? Pentru că vreau să folosesc notația. Și vreau ca această notație să fie deja evidentă că este consecventă. Și voi folosi terminologia. Adică, aceasta nu este chiar o definiție nouă. Este doar o terminologie. Numim x limita secvenței. Acum, faptul că am arătat doar că există un singur tip către care o secvență poate converge este motivul pentru care am ajuns să folosesc cuvântul „the--”, așa că nu-l numim pe x o limită a x sub n. Este limita pentru că există doar una, dacă există una - și scrieți x este egal cu limită pe măsură ce n merge la infinitul lui x sub n. OK, deci să ne oprim la negarea definiției a ceea ce înseamnă ca o secvență să fie convergentă. Și să facem câteva exemple de secvențe convergente, dovedind că sunt secvențe convergente și calculând ceea ce ele - și cel puțin să demonstrăm că aceste secvențe converg la limita pe care ți-o spun eu. Deci, de exemplu, să ne uităm la secvența constantă x sub n este egală cu 1 pentru tot N. Deci aceasta este secvența 1, 1, 1 și așa mai departe. Atunci voi scrie doar 1, nu x sub n. Limita pe măsură ce n ajunge la infinitul lui 1 este egală cu 1. Această dovadă nu este foarte lămuritoare, dar vă voi arăta cum merge. Deci ar trebui să arăți... ce înseamnă asta? Aceasta înseamnă că pentru fiecare epsilon pozitiv, există un număr natural capital M astfel încât dacă eu sunt mai mare decât capital M, aceasta minus limita ar trebui să fie mai mică decât epsilon. Deci, epsilonul să fie pozitiv. Acum trebuie să găsesc un M majuscul, astfel încât x sub n minus x să fie mai mic decât epsilon, ori de câte ori mic n este mai mare sau egal cu M majuscul. Așa că am de gând să aleg capital M ca să fie 1. Pot face asta pentru această secvență. Atunci, dacă n este mai mare sau egal cu M și mă uit la a n-a intrare din secvență, ei bine, acesta este doar 1 minus 1 este egal cu 0. Și asta este mai puțin decât epsilon. Deci nu este foarte lămuritor, deoarece capitalul M este egal cu 1 este suficient de bun. Deci hai să facem ceva mai mult. Deci, ce zici de limita când n merge la infinit de 1 peste n este egal cu 0? Deci haideți să facem o dovadă în acest sens. Din nou, ar trebui să demonstrez această declarație epsilon în definiție pentru a putea afirma acest lucru, care este pentru fiecare declarație epsilon. Așa că încep proba cu epsilonul să fie pozitiv. Acum, trebuie să găsesc-- Trebuie să vă spun cum să alegeți M majuscul pentru a vă asigura că puțin n mai mare decât sau egal cu M mare implică x sub n minus 0, în acest caz, este mai mic decât epsilon. Deci, voi spune că alegeți numărul natural M capital astfel încât m să fie mai mare decât 1 peste epsilon. De fapt, nu am de gând să scriu așa. O să-l scriu astfel - 1 peste M este mai mic decât epsilon. Și de ce pot face asta? De ce pot găsi un număr atât de natural care să satisfacă acest lucru? Și nu puteți doar să introduceți declarații în dovada dvs. - alegeți capital M pentru a satisface proprietatea unicorn - și nu puteți clarifica de ce puteți alege un astfel de număr natural care satisface proprietatea unicorn. Pot face asta prin proprietatea Arhimedean. Acest lucru înseamnă în mod echivalent că pot găsi un număr natural M, astfel încât n să fie mai mare decât 1 peste epsilon, ceea ce am scris acolo inițial. Așa că permiteți-mi să o scriu astfel - un astfel de M există prin proprietatea arhimediană a numerelor naturale. Voi spune asta de câteva ori dacă trebuie sau pentru a clarifica de ce există anumite numere naturale care satisfac anumite proprietăți. Și apoi, la un moment dat, mă voi opri pentru că ar trebui să fie clar că am făcut-o de destule ori, știi cum sau de ce există ceva. OK, deci aleg un număr natural și un număr natural M, astfel încât să am asta. Acum, trebuie să vă arăt că acest număr funcționează. Deci, să fie n mai mare decât M majuscul. Atunci, dacă mă uit la x sub n minus limita mea propusă, care este 0-- deci mă uit la 1 minus n 0-- aceasta este egală cu doar 1 peste n. Deoarece mic n este mai mare sau egal cu capitalul M, acesta este mai mic sau egal cu capitalul M, care este mai mic decât epsilon. Și, prin urmare, am dovedit ceea ce am vrut să demonstrez. Deci, cum fac astea-- dacă vă dau doar o secvență și vă cer să dovediți asta-- deci aceasta este o discuție. Cum vii cu aceste dovezi? Cum ar trebui să arate de obicei dovada? Dacă vreau să demonstrez că este egal cu L sau x, care este dovada acestui aspect? Ar trebui să fie întotdeauna... deci dovada ar trebui să fie epsilon pozitivă. Și atunci poate că trebuie să faci niște explicații. Și apoi vei spune alege M, astfel încât ceva. Și faptul că un astfel de M există probabil va fi explicat acolo sau în aceeași propoziție. Și apoi următoarea parte a dovezii ar trebui să arate că acest M mare funcționează. Deci, dacă n este mai mare sau egal cu capitalul M, atunci ar trebui să arătați că funcționează uitându-vă la x sub n minus x și făcând un calcul sau inegalități și ajungând la aceasta să fie mai mică decât epsilon, care este ceea ce doriți a dovedi. Doriți, în cele din urmă, să verificați această definiție, care spune că pentru fiecare epsilon, puteți găsi un M mare, astfel încât să înțeleg asta. Deci, într-o dovadă, faci asta. Vrei să spui pentru epsilon pozitiv, aleg M ca să se întâmple asta. Acum, cum... cum ai venit cu un astfel de M mare? Deci, din nou, aceasta este doar o discuție. Și poate nu vom ajunge la alte exemple. O să termin această discuție și apoi o vom numi o zi. Cum ai venit cu un astfel de M mare? Cum am venit cu M? De ce am ales M în acest fel? În cele din urmă, puteți vedea aici, este că l-am ales pentru că dacă mă joc cu lucrul pe care vreau să-l leg, am ajuns cu 1 peste n, pe care îl pot controla și îl pot face mai mic decât epsilon. Deci, de obicei, cum găsești capitalul M? Deci aceasta este o discuție, cred, în cadrul unei discuții. De obicei, veți lua x sub n minus x, limita propusă. Poate vă dau o secvență în mod explicit. Sau poate este o expresie care implică alte secvențe. Și te joci cu el. Poate că îl scrieți diferit, sau adăugați și scădeți ceva, sau îl înmulțiți cu 1 într-un mod elegant. Și veți obține o expresie care implică de obicei ceva care implică n. Și atâta timp cât această expresie care implică n este suficient de simplă, atunci alegeți M majuscul, astfel încât acest lucru să fie mai mic decât epsilon. Acum, destul de simplu, de exemplu, 1 peste n, pot alege capital M astfel încât acesta să fie mai mic decât epsilon după proprietatea arhimediană. Dacă, de exemplu, și asta este practic 1 peste n, sau 5 peste n, sau ceva de genul acesta, asta epuizează pe toate cele mai simple deocamdată. Dar dacă, de exemplu, ați ajuns cu 1 peste n pătrat minus 3n plus 100, nu aș spune că aceasta este o expresie suficient de simplă pentru a putea spune alege M majuscul astfel încât aceasta să fie mai mică decât epsilon fără mai multe explicații decât ceea ce am tocmai a dat aici. Și vom mai face câteva exemple data viitoare pentru a detalia un pic mai mult. Bine, așa că ne oprim aici.