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数列の極限の基礎は何か.

・第n項が計算できる.
・n → ∞を求めることができる.

数列の極限において,基礎は何か.

Section titled “数列の極限において,基礎は何か.”

 数列の極限の学習において,最低限計算できなければならない(基礎)は以下の2つである.

  1. 𝑛項が計算できる.
    • 𝑛項の計算とは,自然数𝑛に対応する数(𝑎𝑛)を𝑛で表すこと.
  2. 𝑛を求めることができる.

 これらができれば後は応用なので,自分で考えたり,問題のパターンを整理することになる.

 極限は未定義の対応関係を定めることである.したがって,数列の極限は自然数𝑛のとき(未定義)の対応関係を定めるのである. そのために第𝑛項を𝑛で表し,これをもとに𝑛して対応値を推定・定めることになる.

自然数と数列の対応関係
自然数と数列の対応関係

 もう少しだけ詳細に説明する.数列は自然数𝑛とそれに対応する数𝑎𝑛の対応関係と見ることができる.自然数にはないので,第𝑛項に現れる𝑛を大きくすることで 対応値を推定し,それに定めることになる.したがって,自然数𝑛に対応する第𝑛項を𝑛で表し(計算し), 自然数𝑛をとてつもなく大きく()したときの対応値を求めることが基礎になる.

 等差・等比関係をもとに第𝑛項を𝑛で表す(計算する)ことが基礎となる.高校数学では等差数列もしくは等比数列(第𝑛項と第𝑛+1項の関係が等差か等比) しかない.つまり,𝑎𝑛+1=𝑎𝑛+𝑑𝑎𝑛+1=𝑟𝑎𝑛である.この等差・等比関係をもとに第𝑛項を計算できればよい.(計算方法は別のいろいろなところで 解説されているので,そちらを参照願う.)

𝑛項の計算の基礎

等差・等比関係をもとに,𝑛𝑛す(計算する)こと. 𝑛

 学習が進むと,級数𝑆𝑛についても計算することになる.これも第𝑛項と第𝑛+1項の関係が等差・等比しかないので,基礎ができれば問題はない.第𝑛項が計算できれば, 𝑛を求めるだけだから.

 上で書いたとおり,極限は未定義の対応関係を定めることなので,数列においてやることは𝑛しかない.そしてこの計算の基礎は以下となる.

n → ∞の計算の基礎

lim𝑛𝑛発散する()もしくはlim𝑛1𝑛=0

 lim𝑛1𝑛=0は説明が必要である.これが言いたいことは,𝑛のとき,分子と分母を比較すると 分母が分子を無視できるほど大きくなる形に変形して,0にすることである. 例えば,

lim𝑛𝑛2𝑛=0

は分母2𝑛が分子𝑛よりとても大きくなるので,0に収束する.変形して0にするということは,

2𝑛+𝑛2𝑛+3=1+𝑛2𝑛1+32𝑛1(𝑛)

ということ.