聚点

更新时间:2022-09-16 20:03

聚点是拓扑空间的基本概念之一。设A为拓扑空间X的子集,a∈X,若a的任意邻域都含有异于a的A中的点,则称a是A的聚点。集合A的所有聚点的集合称为A的导集,聚点和导集等概念是康托尔(Cantor,G.(F.P.))研究欧几里得空间的子集时首先提出的。

基本介绍

定义

任给 ,存在无穷多个 满足

则称 为复数序列 的一个聚点。

聚点与极限

有的序列可以有多个聚点。例如,实数序列

就有两个聚点1和-1.当序列的极限存在时,序列的极限是此序列的唯一聚点。

在实数序列 中,数值最大的聚点称为 的上极限,记作

数值最小的聚点称为 的下极限,记作

对于上述序列

上极限与下极限的概念在计算级数收敛半径时常会用到。

聚点存在定理

定理1

a是X的聚点的充要条件是:存在X中的各项不同的数列,使得

事实上,只要证明在且的数列中,可以选出各项不同的子数列就可。因为且,这说明该数列不可能只有有限多个不同项组成(否则必有一项的值在中无穷次出现,这样就收敛到该值,而它又不等于a,从而得出矛盾),取这些不同项,按原来的顺序排列后所得数列就是定理所要求的数列。

例 给出以[0,1]上所有实数为聚点的数列。

解 利用(0,1)上的有理数集的聚点就是[0,1]这个事实,来

构造数列如下:

当然上述数列的项有相同的,如果舍去和前面相同的项的话,就得到一个各项不同的数列,它以[0,1]上实数为聚点,而各项又都是有理数。

定理2

维尔斯特拉斯聚点定理)任何有界的无穷数集,都有聚点存在。

定理3

(波尔察诺定理) 有界数列有收敛的子数列。

证明 若数列有无穷多项相同,它们重复出现的序号为

则就是一个收敛的子数列。若没有无穷多项相同,则数集为无穷有界数集,则由聚点原理,必有聚点a存在。再由定理1,在数集中有一个数列,a,以的次序排列后,得的一个子数列,它以a为极限,其中用了收敛数列重排后极限不变。

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