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斯托爾茲-切薩羅定理

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斯托爾茲-切薩羅定理(英語:Stolz–Cesàro theorem)是數學分析學中的一個用於證明數列收斂的定理。該定理以奧地利人奧托·施托爾茨和意大利人恩納斯托·切薩羅命名。
中文名
斯托爾茲-切薩羅定理
外文名
Stolz–Cesàro theorem
應用學科
數學

斯托爾茲-切薩羅定理定理內容

為兩個實數數列。若
為嚴格單調的無界正數數列,且有窮極限
存在,則
也存在且等於

斯托爾茲-切薩羅定理用法説明

該定理雖然主要被用來處理數列不定型極限,但該定理在沒有
這一限制條件時也是成立的。雖然該定理通常是以分母bn為正數數列的情形加以敍述的,但注意到該定理對分子an的正負沒有限制,所以原則上把對數列bn的限制條件替換為“嚴格單調遞減且趨於負無窮大”也是沒有問題的。 [1] 
洛必達法則的迭代用法類似,在嘗試應用斯托爾茲-切薩羅定理考察數列的極限時,如果發現兩個數列差分的商仍然是不定型,可以嘗試再使用1次該定理,考察其2階差分之商的極限。

斯托爾茲-切薩羅定理直觀解釋

利用與折線斜率的類比,該定理具有直觀的幾何意義。

斯托爾茲-切薩羅定理相關命題

這個用於解決數列不定型極限的定理與用於解決函數不定型極限的洛必達法則在形式上非常類似。求數列的差分對應於求函數的導函數,斯托爾茲-切薩羅定理就相當於是洛必達法則的離散化版本。但在類比記憶時應當注意,斯托爾茲-切薩羅定理要求數列要具有嚴格的單調性(或者至少當項數足夠大時,要具有嚴格單調性),而洛必達法則沒有對函數的單調性作出要求;洛必達法則要求函數在所考察點的鄰域上具有可求導性,但斯托爾茲-切薩羅定理對數列不存在類似限制(數列沒有“可差分性”一説)。並非所有的函數都可以進行求導運算,但任何數列都是可以進行差分運算的。
此定理的逆命題不成立。也即當滿足條件的
存在時,
未必存在。如設
,這2個正實數數列都是嚴格單調遞增的且發散無窮大。易知
存在,且數值為1。但是
時是震盪的,即此差分之商的極限值不存在。目前可找出的例子都是藉助震盪型數列構造的,而用於説明洛必達法則的逆命題不成立的例子也用到了震盪型的函數。 [2] 

斯托爾茲-切薩羅定理推廣形式

該定理的一個推廣形式如下:
如果
是兩個數列,而bn是單調無界的,那麼
參考資料
  • 1.    張築生. 數學分析新講 第1冊. 北京大學出版社. 1990
  • 2.    Marian Mureşan: A Concrete Approach to Classical Analysis. Springer 2008