如何證明最小正週期為無理數的數列f(n)極限不存在?

時間 2021-06-01 03:47:32

1樓:予一人

首先,回顧乙個簡單結論:

若 是無理數,則任意的 都是序列 的聚點[1],其中 表示取整函式。

現在開始轉入當前問題的證明。

考慮利用反證法,反設 因為 是無理數,依前引結論,存在趨於正無窮的正整數序列 滿足[2]又依函式週期性,將有

考慮對此式取 的極限。對於左端,注意到此時 則其作為的乙個子列,依開頭的反設,將有 至於右端,因 依函式連續性將有 這就是說

現在,取任意的實數 同樣依前引結論,存在趨於正無窮的正整數序列 滿足於是完全類似地,可以得到

綜合 可以推知 但是定義在實軸上的連續恒等函式並無最小正週期,於是推翻反設,命題得證。

2樓:

設T是 的週期, ,

變換一下,令 ,

則有:g(t+n)=g(t),得到乙個週期為1 的連續函式,令 ,

問題轉化為: 週期唯1的的數列,對於無理數 ,數列,是不是收斂?

不加證明的指出乙個引理:

*引理:給定任意的無理數 , 0,\exists m \in N^+,\\lt\epsilon" eeimg="1"/>。 表示取小數部分。

根據引理,可以對任意 0" eeimg="1"/>,取滿足 的乙個整數 ,記為 .

設 收斂,則子列 也收斂;

記 因此有: ;

集合可以取遍 的所有有理數,在整個週期內稠密;又因為 連續,必有 , ,是常數。

回到原問題,週期為無理數的數列f(n),如果收斂,則必有 ,可以取任意週期;如果不是常數,那麼f(n)就不會收斂。

3樓:只微寒

講故事的話,大概像下面這樣

給周長為μ的圓,乙個機械人以1為步長在圓周上走,任意x>0,分圓周為1/x取上整份,由抽屜原理即知總會有兩步間距離<x。將這兩步之間的所有步並成一大步,容易知道知對乙個很小的坑,機械人不可能一直困在裡邊。

翻譯成嚴格的數學語言,就證完了...

4樓:

我給你說乙個思路吧,沒仔細想,不知道對不對。

假設有極限,極限是L。則對於任意的正實數ε,當n充分大時,f(n)在區間(L-ε,L+ε)中。

然後是問題的核心,證明n+kμ(n充分大,k為整數)在實數集中稠密。(即對於乙個任意小的區間都有n,k使得上面的數在區間裡)

藉此可以證明(借助連續性)所有的函式值都與L充分接近。由此可得f為恒等函式。

然而,恒等函式沒有最小正週期。矛盾。

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