Beweis mit vollständiger Induktion: a1=36<2 Gelte an<2 für ein n∈N. Wegen an<2 gilt dann an+1=36+an<36+2=2. Behauptung 2:(an) ist monoton wachsend. Beweis: a1≤a2 da 6≤6+36. Gelte an≤an+1 für ein n∈N.
Seien (an) und (bn) zwei konvergente Zahlenfolgen mit liman=limbn=a und (xn) eine Folge, für die gilt: an≤xn≤bn, dann konvergiert xn gegen a: xn→a.
Beweis
Sei ϵ>0 gegeben. Dann finden wir wegen an→a ein nϵ, mit
∣an−a∣<ϵ für alle n>nϵ(1)
und wegen bn→a ein mϵ, mit
∣bn−a∣<ϵ für alle n>mϵ.(2)
Für alle n>max(nϵ,mϵ) gelten sowohl (1) als auch (2). Wir zeigen, dass dann auch ∣xn−a∣<ϵ gilt.
Fall 1: a≤xn. Dann gilt: ∣xn−a∣=xn−a≤bn−a=∣bn−a∣<ϵ.
Fall 2: a>xn. Dann gilt: ∣xn−a∣=a−xn≤a−an=∣a−an∣=∣an−a∣<ϵ. □
Seien (an) und (bn) zwei konvergente Zahlenfolgen mit liman=a und limbn=b. Für alle α,β∈R gilt dann:
lim(αan+βbn)=αa+βb. Die Limesbildung ist also eine lineare Operation auf den konvergenten Zahlenfolgen.
lim(an⋅bn)=ab; limbnan=ba für b=/0
limpan=pa falls an≥0 und a≥0 für alle p∈N .
lim∣an∣=∣a∣. Jedoch gilt im Allgemeinen nicht ∣an∣→∣a∣⟹an→a
Beweis
(i) Wir zeigen zuerst αan→αa. Wegen an→a ist an−aNullfolge, dann ist nach Satz 5225Dαan−αaNullfolge und es gilt αan→αa.
Um (i) in Gänze nachzuweisen, brauchen wir jetzt nur noch an+bn→a+b zu zeigen.
Wegen an→a ist an−aNullfolge und wegen bn→b ist bn−bNullfolge, dann ist nach Satz 5225Dan−a+bn−b=an+bn−(a+b)Nullfolge und es gilt an+bn→a+b.
(ii) Wegen an→a ist an−aNullfolge und wegen bn→b ist bn−bNullfolge. Es ist dann auch (an−a)(bn−b)=anbn−abn−anb+abNullfolge. Wie man sich schnell überzeugt, gilt abn→ab und anb→ab, womit anbn−abNullfolge ist und anbn→ab gilt.
Da bnan=an⋅bn1, müssen wir bn1→b1 zeigen. Es ist bn1−b1=bnbb−bn=(b−bn)bnb1. Offensichtlich ist (b−bn) eine Nullfolge. Um die Behauptung zu zeigen brauchen wir dafür nach Satz 5225D nur noch zu zeigen, dass bnb1beschränkt ist. Da bn→b=/, muss für fast alle Folgenglieder ∣bn∣>r>0 für ein festes r gelten. Damit gilt dann auch bnb1<rb1 und die Folge ist beschränkt. (Die endlich vielen außerhalb liegenden Folgenglieder können zwar die Schranke nach oben treiben, ändern aber nichts an der Tatsache an sich.) □
(iii) Sei a=0; zu zeigen: pan→0. Sei ε>0. Wähle n0∈N mit ∀n≥n0an<εp (möglich da an→0,∀n∈Nan≥0). ⇒∀n≥n0 gilt pan−0=pan<ε. Nun gelte a>0. Es ist ∣an−a∣=∣∣(pan)p−(pa)p∣∣ für alle n∈N. Mit Hilfe der 3. binomischen Formel: ∣∣(pan)p−(pa)p∣∣=∣∣∣∣(pan−pa)⋅k=0∑p−1(pan)p−1−k(pa)k∣∣∣∣≥∣∣pan−pa∣∣⋅=(pa)p−1=:c(pan)p−1−(p−1)⋅(pa)p−1⇒∀n∈N:∣∣pan−pa∣∣≤c1∣an−a∣⇒pan→pa
(iv) Ist ∣an−a∣<ϵ, so gilt nach Satz 5221C∣∣an∣−∣a∣∣≤∣an−a∣<ϵ.
Die Umkehrung dieser Behauptung gilt nicht, wie man z.B. an der Folgean=(−1)n+n1 sieht. □
Man darf nicht das, was uns unwahrscheinlich und unnatürlich erscheint, mit dem verwechseln, was absolut unmöglich ist.
Carl Friedrich Gauß
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