数学検定~Bolzano‐Weierstrassの定理~ Bolzano‐Weierstrassの定理について誘導をつけて問います。( )に当てはまる数式・語句を選んでください。 ※【 】は既出のもの。 勉強 - 数学 Weierstrass 数列 極限 解析 Q1数列{An}の(1)とは自然数列n₁<n₂<・・・<nk<・・・によって An₁,An₂,・・・,Ank,・・・と表される数列のことである。 選択肢劣加法的な数列単調増加数列単調減少数列部分列 Q2An=(-1)ⁿのとき{An}は収束しない。しかし、{nk}=2kをとれば【1】である{A₂k}はn↦∞で(2)に収束する。 選択肢 Q3一般に次のことがいえる。{An}:ある有界閉区間[b,c]に含まれる任意の数列,に対して(3)が存在する。これをBolzano‐Weierstrassの定理という。このことを証明してみよう 選択肢{An}の劣加法的な数列で単調増加のもの{An}の部分列で劣加法的なもの{An}の部分列で単調増加のもの{An}の部分列で収束するもの Q4数直線上で#{n|An∈[b,c]}=∞ならば「#{n|An∈[b₀,d₀]}=∞または#{n|An∈[d₀,c₀]}=∞」である。ただしd₀=(b₀+c₀)/2,b₀=b,c₀=c そこで[b₁,c₁]を次のように定める:「[b₀,d₀]または[d₀,c₀]」かつ「J₁≔{n|An∈[b₁,c₁]}について#J₁=∞を満たすもの」。 このとき必ず(4)である 選択肢b₀<b₁,c₀<c₁b₀≤b₁,c₀≤c₁b₀>b₁,c₀>c₁b₀≥b₁,c₀≥c₁ Q5d₁=(b₁+c₁)/2とおけば、#{n|An∈[b₁,d₁]}=∞または#{n|An∈[d₁,c₁]}=∞であり同様に[b₂,c₂]を「[b₁,d₁]または[d₁,c₁]」かつ「J₂≔{n|An∈[b₂,c₂]}について#J₂=∞をみたすもの」として定める。このときも同様に(5)である。 選択肢b₁≤b₂,c₁≤c₂b₁<b₂,c₁<c₂b₁≥b₂,c₁≥c₂b₁>b₂,c₁>c₂ Q6以下同様の操作を繰り返せばbk,ck,Jk≔{n|An∈[bk,ck]}を {bk}:(6-1)かつlimsup(n→∞)bn≤c {ck}:(6-2)かつliminf(n→∞)cn≥b #Jk=∞ となるようにとれる 選択肢(1)単調非減少 (2)単調非減少(1)単調非減少 (2)単調非増加(1)単調非増加 (2)単調非増加(1)単調非増加 (2)単調非減少 Q7またbk,ckの作り方より0≤ck-bk=(7)(^は累乗を表す)だからlim(k→∞)(ck-bk)=0 したがってlim(k→∞)bk=lim(k→∞)ck=α∈[b,c]となるようなbk,ckが存在する。 選択肢(b-c)・(1/2)^(k-1)(c-b)・(1/2)^(k-1)(b-c)・(1/2)^k(c-b)・(1/2)^k Q8ところでn₁∈J₁を任意にとる。n₂∈J₂をn₁<n₂となるように任意にとる(∵#J₂=∞)。 以下nk∈Jkを(8)を満たすようにとるとbk≤Ank≤ckとなる。 はさみうちの原理よりlimAnk=α □ 選択肢nk₋₁<(1/2)^(k-1)nk<・・・nk₋₁<nk<・・・nk₋₁<(1/2)^(k-2)nk<・・・n₁<n₂・・・<nk<・・・