58
I. Teoria granic
skąd otrzymujemy (por. przykład 2»
lim «„=Km
(k + l)k k_
-n
2
(k + i)knk~
‘+..:
i
T ■
34. Granica ciągu monotonicznego. Przytaczane dotąd twierdzenia o istnieniu granicy ciągu miały następujący charakter: przy założeniu, że pewne ciągi posiadają granice, wnioskowano o istnieniu granic dla innych ciągów, ale w pewien sposób powiązanych z poprzednimi. Nie stawiano natomiast pytania o kryteria istnienia skończonej granicy dla danego ciągu, danego bez związku ,z innymi ciągami. Pozostawiając rozwiązanie tego pytania w ogólnej postaci do § 4, ustępy 39 - 42, rozważmy teraz ogólną i ważną klasę ciągów, dla których można to zagadnienie łatwo rozwiązać Ciąg {*„} nazywamy ciągiem rosnącym, jeżeli
x1<x2<...<xB<x„+1<...,
tj. jeżeli przy n' >n mamy x„. > xn. Ciąg nazywamy ciągiem niemalejącym, jeżeli
x1^x2^...^xn<x„+1^...,
tj. jeżeli z n' > n wynika tylko x„. > x„. Ciągi te nazywamy także rosnącymi w szerszym sensie.
Podobnie ustalamy pojęcie ciągu malejącego — w węższym lub szerszym sensie. Nazywamy tak ciąg, dla którego jest odpowiednio
x1>x2>...>x„>x„+1>...
lub
x1>x2^...>x„>xn+i^...,
a więc z ń>n wynika (zależnie od definicji) x„< < x„ lub tylko x„. <x„.
Ciągi wszystkich tych rodzajów nazywamy ogólnie ciągami monofonicznymi. Zwykle mówimy o ciągu, że monofonicznie rośnie lub monofonicznie maleje.
Dla ciągów monotonicznych jest słuszne następujące ważne twierdzenie: Twierdzenie. Niech dany będzie monofonicznie rosnący ciąg {x„}. Jeżeli ciąg ten jest ograniczony z góry:
x„<M (M = const; n = l ,2, 3, ...),
to ma granicę skończoną, a w przeciwnym przypadku dąży do + co.
Podobnie zawsze ma granicę monofonicznie malejący ciąg {x„}. Granica ta jest skończona, jeżeli ciąg jest ograniczony z dołu:
x„^m (m = const; n = l,2,3,...),
a w przeciwnym przypadku granicą jest —co.