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数学中讨论有界性主要涉及函数、数列等对象在定义域或值域内的取值范围限制,具体可分为以下要点:
一、核心定义
- 上/下界:
若存在常数M、m,使得对定义域内所有x,满足`f(x) ≤ M`(上界)和`f(x) ≥ m`(下界),则称函数f(x)在定义域有界。
- 有界与有界的区别:仅有上界或下界不能称为有界,必须同时存在。
- 若存在常数M、m,使得对任意正整数n,满足`|Xn| ≤ M`(绝对值有界)或`Xn ≥ m`、`Xn ≤ M`(值域有界),则称数列{Xn}有界。
二、关键性质
上确界与下确界:
有界函数的值域存在最大上界(上确界)和最小下界(下确界),但不一定相等。
子列性质:有界数列的任意子列也必定有界。
三、典型示例
函数:`y = sinx`在R上有界(-1 ≤ y ≤ 1),`y = tanx`在(π/2, π/2)无界。
数列:数列`{1/n}`有界(0 ≤ Xn ≤ 1),数列`{n}`无界。
四、应用场景
定理基础:如单调有界定理(有界数列必有极限)。
实际问题:描述物理系统的边界限制(如粒子在盒子内运动)。