复数列 |
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复数列是每一项均为复数的数列,是实数列在复数形式下的推广。 目录 1 复数列的极限 2 收敛的充要条件 3 聚点定理 4 广义极限 5 典例 6 上下节 复数列的极限[]称复平面上的点集 E {\displaystyle E} 收敛的充要条件[] 中的一个无穷点列 { z n } n = 1 ∞ {\displaystyle \{ z_n \}_{n=1}^\infty} 收敛到 z 0 {\displaystyle z_0} ,如果 ∀ ε > 0 , ∃ N ( ε ) ∈ N + {\displaystyle \forall \varepsilon > 0, \exists N(\varepsilon) \in \N^+} ,当 n > N {\displaystyle n > N} 时,有 | z n − z 0 | M > 0 , { z n } n = 1 ∞ ⊂ N M ( z 0 ) {\displaystyle \exists M > 0, \{ z_n \}_{n=1}^\infty \subset N_M (z_0)} ;点列如果收敛,那必然只会收敛到一点,这一点称为该收敛点列的极限点。一个复数列 { z n } n = 1 ∞ {\displaystyle \{ z_n \}_{n=1}^\infty} 收敛到 z 0 = x 0 + i y 0 {\displaystyle z_0 = x_0 + \text{i} y_0} 当且仅当这个数列的实部和虚部对应的实数列 { x n } n = 1 ∞ {\displaystyle \{ x_n \}_{n=1}^\infty} 与 { y n } n = 1 ∞ {\displaystyle \{ y_n \}_{n=1}^\infty} 分别收敛到 x 0 {\displaystyle x_0} 以及 y 0 {\displaystyle y_0} ,这是因为 | x n − x 0 | ⩽ | z n − z 0 | , | y n − y 0 | ⩽ | z n − z 0 | {\displaystyle |x_n - x_0| \leqslant |z_n - z_0|, |y_n - y_0| \leqslant |z_n - z_0|} 以及 | z n − z 0 | ⩽ | x n − x 0 | + | y n − y 0 | . {\displaystyle |z_n - z_0| \leqslant |x_n - x_0| + |y_n - y_0|.}同时,复数列收敛也有 Cauchy 收敛准则,它是说一个复数列 { z n } n = 1 ∞ {\displaystyle \{ z_n \}_{n=1}^\infty} 收敛的充要条件是 ∀ ε > 0 , ∃ N ( ε ) ∈ N + {\displaystyle \forall \varepsilon > 0, \exists N(\varepsilon) \in \N^+} ,当 n > N {\displaystyle n > N} 时,有 | z n + p − z n | . {\displaystyle |z_{n+p} - z_n| < \varepsilon, p = 1,2,\cdots.}如果一个复数列 { z n } n = 1 ∞ {\displaystyle \{ z_n \}_{n=1}^\infty} 聚点定理[] 收敛,那么 { | z n | } n = 1 ∞ {\displaystyle \{ |z_n| \}_{n=1}^\infty} 亦收敛,反之不真。但是,下述充要条件是成立的: { z n } n = 1 ∞ {\displaystyle \{ z_n \}_{n=1}^\infty} 收敛于 r e i θ , r ⩽ 0 , θ ∈ R {\displaystyle r\text{e}^{\text{i}\theta}, r \leqslant 0, \theta \in \R} 的充要条件是模长数列和辐角数列分别收敛,即 lim n → ∞ | z n | = r , lim n → ∞ arg z n = θ {\displaystyle \lim_{n \to \infty} |z_n| = r, \lim_{n \to \infty} \arg z_n = \theta} 。辐角数列收敛的确切含义是对于每个 Arg z n {\displaystyle \operatorname{Arg} z_n} ,总可以选取适当的一个值 arg z n {\displaystyle \arg z_n} ,使得 { arg z n } n = 1 ∞ {\displaystyle \{ \arg z_n \}_{n=1}^\infty} 收敛到 θ . {\displaystyle \theta.}聚点定理可以引入到复数列中,即一个有界的复数列一定有一个收敛子列。 广义极限[]一个无穷点列不以 z 0 {\displaystyle z_0} 为极限,是指 ∃ ε 0 > 0 , ∀ N ∈ N + {\displaystyle \exists \varepsilon_0 > 0, \forall N \in \N^+} ,当 n > N {\displaystyle n > N} 时,有 | z n − z 0 | > ε 0 . {\displaystyle |z_n - z_0| > \varepsilon_0.} 一个无穷点列没有极限,是指 ∃ ε 0 > 0 , ∀ N ∈ N + {\displaystyle \exists \varepsilon_0 > 0, \forall N \in \N^+} , ∀ z 0 ∈ C {\displaystyle \forall z_0 \in \C} 当 n > N {\displaystyle n > N} 时,有 | z n − z 0 | > ε 0 . {\displaystyle |z_n - z_0| > \varepsilon_0.}如果一个数列发散到无穷,称它有广义极限 ∞ {\displaystyle \infty} 典例[] ,记作 lim n → ∞ z n = ∞ {\displaystyle \lim_{n \to \infty} z_n = \infty} ,等价于 ∀ M > 0 , ∃ N ∈ N + {\displaystyle \forall M > 0, \exists N \in \N^+} ,当 n > N {\displaystyle n > N} 时 | z | > M {\displaystyle |z| > M} ,这种数列是无界的。实际上, lim n → ∞ z n = ∞ {\displaystyle \lim_{n \to \infty} z_n = \infty} 等价于 lim n → ∞ | z n | = ∞ . {\displaystyle \lim_{n \to \infty} |z_n| = \infty.}可以证明,等比数列 { a 0 z n } n = 0 ∞ {\displaystyle \{ a_0 z^n \}_{n=0}^{\infty}} lim n → ∞ z n = { 0 , | z | 1. {\displaystyle \lim_{n \to \infty} z^n = \begin{cases} 0, & |z| < 1,\\ 1, & z = 1,\\ \infty, & |z| > 1,\\ \text{not exist}, & |z| = 1, z \ne 1. \end{cases}} 可以推广到复数列中,当 a 0 , z ∈ C , | z | k = 0 n a 0 z k = a 0 ( 1 − z n ) 1 − z {\displaystyle \sum_{k=0}^n a_0 z_k = \dfrac{a_0(1-z^n)}{1-z}} ,一般的,有 另一个有用的复数列是 { ( 1 + z n ) n } n = 1 ∞ {\displaystyle \left\{ \left( 1 + \dfrac{z}{n} \right)^n \right\}_{n=1}^\infty} ,像实数中的情形一样,可以用相似的证明它收敛,我们把这个收敛的极限值记作复指数 e z := lim n → ∞ ( 1 + z n ) n , ∀ z ∈ C . {\displaystyle \text{e}^z := \lim_{n \to \infty} \left( 1 + \dfrac{z}{n} \right)^n, \quad \forall z \in \C.} 上下节[] 上一节:复平面 下一节:欧拉公式 单复变函数论(学科代码:1104120,GB/T 13745—2009) 复数理论 复平面 ▪ 复数列 ▪ 棣莫弗公式 ▪ 复球面 ▪ 欧拉公式 ▪ 复几何 复变函数以及微分理论 复变函数的极限 ▪ 复变函数的连续性 ▪ 复变函数的导数 ▪ 解析函数 ▪ 复指数函数 ▪ 复三角函数 ▪ 复双曲函数 ▪ 复指数系函数的几何形态 ▪ 多值函数 ▪ 辐角函数 ▪ 复对数函数 ▪ 复根式函数 ▪ 复幂以及一般幂函数 ▪ 复反三角函数 复变函数的积分理论 复变函数的积分 ▪ Cauchy 积分定理 ▪ 复变函数的不定积分 ▪ Cauchy 积分公式 ▪ Liouville 定理 ▪ Cauchy 型积分 复变函数的级数理论 复数项级数 ▪ 复函数项级数、复幂级数 ▪ 解析函数的泰勒展式 ▪ 解析函数的零点性质 ▪ 解析函数的洛朗展式 ▪ 解析函数的孤立奇点 ▪ 解析函数的无穷远点性质 ▪ 留数理论 ▪ 留数的应用 ▪ 对数留数 复变函数的几何理论 解析变换 ▪ 分式线性变换 ▪ 共形映射 ▪ 解析开拓 ▪ 完全解析函数 ▪ 整函数 ▪ 亚纯函数 所在位置:数学(110)→ 函数论(11041)→ 单复变函数论(1104120) |
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