diff --git a/编写小组/讲义/子数列问题&考试易错点汇总(解析版).md b/编写小组/讲义/子数列问题&考试易错点汇总(解析版).md index 81fef13..0e1bc85 100644 --- a/编写小组/讲义/子数列问题&考试易错点汇总(解析版).md +++ b/编写小组/讲义/子数列问题&考试易错点汇总(解析版).md @@ -224,9 +224,10 @@ $$\lim_{k \to \infty}a_{4k+1} = \lim_{k \to \infty}\left(1 + \frac{1}{4k+1}\righ $$D(x)= \begin{cases}1, & x\text{为有理数时}, \\ 0, & x\text{为无理数时}\end{cases}$$ 在$(-\infty,+\infty)$上每一点都不存在极限。 - **解析** +方法一: + 首先考虑 $x_0$ 为有理数的情况: 1. 构造第一个数列 $\{x_n^{(1)}\}$: @@ -252,28 +253,52 @@ $$D(x)= \begin{cases}1, & x\text{为有理数时}, \\ 0, & x\text{为无理数 再考虑 $x_0$ 为无理数的情况: +设 $[x_0]_n$ 为 $x_0$ 取到 $n$ 位小数后的结果,则有 +$$\lim\limits_{n \to \infty} [x_0]_n = x_0$$ +但是需要注意的是,极限并不是完全相等,其实相差了一个无穷小,也就是要多趋近有多趋近,但是它实质上还是一个有理数,因为它毕竟不是 $x_0$ 本身 + +这种思路的目的是为了找到这样一种表达式,极限是 $x_0$ 的同时,与第一种情况类似,仍是有理数 + 1. 构造第一个数列 $\{x_n^{(3)}\}$: - 取 $x_n^{(1)} = x_0 + \frac{1}{n}$(有理数),则 - $$\lim\limits_{n \to \infty} x_n^{(1)} = x_0$$ + 取 $x_n^{(3)} = [x_0]_n$(有理数),则 + $$\lim\limits_{n \to \infty} x_n^{(3)} = x_0$$ - 由于 $x_n^{(1)}$ 是有理数,所以 $D(x_n^{(1)}) = 1$,因此 + 由于 $x_n^{(3)}$ 是有理数,所以 $D(x_n^{(3)}) = 1$,因此 $$\lim\limits_{n \to \infty} D(x_n^{(1)}) = 1$$ -2. 构造第二个数列 $\{x_n^{(2)}\}$: +2. 构造第二个数列 $\{x_n^{(4)}\}$: - 取 $x_n^{(2)} = x_0 + \frac{\sqrt{2}}{n}$(无理数),则 - $$\lim\limits_{n \to \infty} x_n^{(2)} = x_0$$ + 取 $x_n^{(4)} = [x_0]_n + \frac{\sqrt{2}}{n}$(无理数),则 + $$\lim\limits_{n \to \infty} x_n^{(4)} = x_0$$ - 由于 $x_n^{(2)}$ 是无理数,所以 $D(x_n^{(2)}) = 0$,因此 - $$\lim\limits_{n \to \infty} D(x_n^{(2)}) = 0$$ + 由于 $x_n^{(4)}$ 是无理数,所以 $D(x_n^{(4)}) = 0$,因此 + $$\lim\limits_{n \to \infty} D(x_n^{(4)}) = 0$$ 由于 - $$\lim\limits_{n \to \infty} D(x_n^{(1)}) = 1 \neq 0 = \lim\limits_{n \to \infty} D(x_n^{(2)})$$ + $$\lim\limits_{n \to \infty} D(x_n^{(3)}) = 1 \neq 0 = \lim\limits_{n \to \infty} D(x_n^{(4)})$$ 根据海涅定理,$\lim\limits_{x \to x_0} D(x)$ 不存在。 - - 由于 $x_0$ 是任意一点,所以狄利克雷函数在任何点处都不存在极限。 + +综上所述, $x_0$ 是任意一点时,都能得到$\lim\limits_{x \to x_0} D(x)$ 不存在,所以狄利克雷函数在任何点处都不存在极限。 + +方法二:利用实数的稠密性 + +1. **取任意实数 $a$**。 +2. **构造序列**: + - 对每个 $n \in \mathbb{N}^*$,由有理数的稠密性,存在有理数 $r_n$ 满足 $|r_n - a| < \frac{1}{n}$。 + - 对每个 $n \in \mathbb{N}^*$,由无理数的稠密性,存在无理数 $s_n$ 满足 $|s_n - a| < \frac{1}{n}$。 +3. **证明序列收敛**(用 $\varepsilon$-$N$ 语言): + - 对任意 $\varepsilon > 0$,取 $N = \lfloor 1/\varepsilon \rfloor + 1$,则当 $n > N$ 时,$|r_n - a| < 1/n < \varepsilon$,故 $\lim r_n = a$。 + - 同理 $\lim s_n = a$。 +4. **计算函数值极限**: + - $D(r_n) = 1$,常数序列极限为 $1$。 + - $D(s_n) = 0$,常数序列极限为 $0$。 +5. **应用海涅归结原理**: + - 若 $\lim_{x \to a} D(x)$ 存在,则任何收敛于 $a$ 的序列 $\{x_n\}$ 都应有 $\lim D(x_n)$ 相等。 + - 但 $\{r_n\}$ 和 $\{s_n\}$ 都收敛于 $a$,却得到不同的极限 $1$ 和 $0$,矛盾。 +1. **结论**:$\lim_{x \to a} D(x)$ 不存在,且 $a$ 任意,故 $D(x)$ 在每一点都无极限。 + # 考试易错点总结