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数学学到这里才算真正入门! 聚点的两个等价定义分析

聚点的定义是:点集中的一个定点,在它的任何邻域内都有点集的无穷多个点,就称这个定点是点集的一个聚点。它还有两个重要的等价定义,它们分别是:

等价定义1:对于点集S,若点ξ的任何ε邻域都含有S中异于ξ的点,即U⁰(ξ;ε)∩S≠Ø,则称ξ为S的一个聚点.

用老黄自己的话说就是:如果ξ的任何邻域上都含有S中异于ξ的点,即ξ的ε空心邻域与S的交集永远不是空集,就称ξ是S的一个聚点。换言之: U⁰(ξ;ε)中有S异于ξ的点,就有S的无穷多个点. 否则就会与聚点的原定义矛盾。

这是一件扯不清楚的事情。如果你说其中一个空心邻域只有S的有限多个点,那么怎么保证半径更小的空心邻域上,永远都有S的点呢?你还别说,还真有可能,假设有一个半径最小的空心邻域上,有S的一个异于克西的点,那么就能保证任意空心邻域上都有S中异于克西的点。当然,我们找不到半径最小的空心邻域。所以说这些都是扯皮的。

因此老黄宁愿相信,克西本身就可以表示S的无穷多个点。所以老黄说克西除了点的本质,还有区间的概念。那样的话,不论那些空心邻域有多少个S中异于克西的点,所有邻域中就都一定会有S的无穷多个点了。

等价定义2:若存在各项互异的收敛数列{xn}⊂S,则其极限lim(n→∞)xn=ξ称为S的一个聚点.

用老黄自己的话讲就是:如果S中存在各项互异的收敛数列,且数列以ξ为极限,那么ξ就是S的一个聚点。换言之,各项互异的数列极限就是聚点。老黄上一讲证明过极限就是聚点。似乎忘了强调各项互异这个条件了。

那么,存在相同的项的数列极限,真的就不是聚点吗?比如,数列中有两个相同的项,其实并不会有任何影响。哪怕有很多相同的项,只要是有限个, 就不会影响聚点的本质。但若是有无限个相同的项,甚至本身就是一个常数项呢?按教材的定义,ξ就不再是聚点了。这其实是聚点的定义所决定的。然而老黄对此保留质疑的态度。这大概是因为把常数列的极限当做聚点,无益于高等数学的继续深入探究吧。保留质疑,对我们接下来的探究,也是有益的。

假如我们可以把“数列极限就是相关点集的聚点”当做一个定理,那样更符合科学探究的统一性追求。在很多地方的应用也会变得更加方便。如果每次判断数列有极限是否点集的聚点都要附加说明,该数列没有相同的项,或者特别说明,不是常数列,其实也是蛮麻烦的。特别是在有一个“端点数列”是常数列的区间套中,需要专门排除这种情况,是很不科学的。所以,老黄建议,人为规定“常数列的极限,也是一个聚点”。你觉得呢!

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