ユークリッド空間上の点列

ユークリッド空間上の無限個の点を順番に並べたものを点列と呼びます。点列は実数列を一般化した概念です。ここでは点列が収束することの意味を定義した上で、収束点列の性質について解説します。

学習内容

点列の極限

ユークリッド空間上の点列の項が先に進むにつれて特定の点に限りなく近づく場合、その数列は収束するといいます。

ユークリッド空間上の点列の定義

ユークリッド空間上の無限個の点を順番にならべたものを点列と呼びます。点列を自然数空間から実数空間への写像として定義することもできます。点列は数列を一般化した概念です。

ユークリッド空間上の点列の極限(点列の収束と発散)

ユークリッド空間上の点列の項が先に進むにつれてある点に限りなく近づく場合、その点列は収束すると言います。また、点列の項が限りなく近づく先の点のことをその点列の極限と呼びます。点列の収束は数列の収束を一般化した概念です。

数列を用いた点列の収束判定

ユークリッド空間上の点列が収束することは、その点列のすべての座標数列が有限な実数へ収束することと必要十分です。したがって、点列が収束することを示すためには、そのすべての座標数列が収束することを示せばよいということになります。

点列の極限の性質

収束する点列が満たす性質を解説します。

ユークリッド空間上の有界点列と収束点列の関係

ユークリッド空間上の点列のすべての項からなる集合が有界であるとき、その点列は有界であると言います。点列が有界であることと、その任意の座標数列が有界であることは必要十分です。収束する点列は常に有界である一方で、有界な点列は収束するとは限りません。

点列のスカラー倍の極限(スカラー倍の法則)

点列が収束するならば、その点列の一般項をスカラー倍して得られるベクトルを一般項とする点列もまた収束することが保証されます。同様に、収束する点列のスカラー商として定義される点列も収束します。

点列のベクトル和の極限(ベクトル和の法則)

ユークリッド空間上の収束点列が2つ任意に与えられたとき、それらの一般項どうしのベクトル和を一般項とする点列もまた収束することが保証されます。同様に、収束する点列のベクトル差として定義される点列もまた収束します。

点列の内積の極限(内積の法則)

ユークリッド空間上の収束点列どうしの内積として定義される数列は有限な実数へ収束します。

点列のノルムの極限(ノルムの法則)

ユークリッド空間上の収束点列が与えられたとき、その一般項のノルムを一般項とする数列が定義可能ですが、これは有限な実数へ収束します。

収束する点列と順序

ユークリッド空間における 2 つの収束列が与えられたとき、任意番目の項について、一方の収束列の項が他方の収束列の項以上であるならば、それらの極限についても同様の大小関係が成り立ちます。また、ユークリッド空間における収束列についても、収束する数列と同様に、はさみうちの定理が成り立ちます。

ユークリッド空間上の単調列

点列が単調であることの意味を定義した上で、単調な点列が収束するための条件を明らかにします。

ユークリッド空間上の区間列

ユークリッド空間においてもカントールの縮小区間定理が成立します。

ユークリッド空間上の点列の部分列

点列の部分列と呼ばれる概念を定義した上で、有界な点列は収束する部分列を持つことを示します。

ユークリッド空間上のコーシー列

点列がコーシー列であることの意味を定義した上で、点列がコーシー列であることと収束列であることは必要十分であることを示します。

確認テスト

ユークリッド空間上の点列に関する確認テストです。

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