Lexikon der Mathematik: Grenzwertsätze für Zahlenfolgen
Aussagen über das Konvergenzverhalten zusammengesetzter Zahlenfolgen (also Summenfolgen, Differenzfolgen, usw.).
Sind (an), (bn) konvergente Zahlenfolgen mit Grenzwerten a bzw. b, dann gilt an + bn → a + b, an − bn → a − b und anbn → ab für n →∞ und insbesondere (man betrachte die konstante Folge (an) = (α)) αbn → αb für α ∈ ℝ bzw. α ∈ ℂ, womit sich auch die Linearität des Limesoperators ergibt.
Weiter gilt \(\frac{{a}_{n}}{{b}_{n}}\,\to \,\frac{a}{b}\) für n →∞, wenn bn ≠=0 ist für n ∈ ℕ und b ≠=0, also insbesondere \(\frac{1}{{b}_{n}}\,\to \,\frac{1}{b},\) und es gilt |an| → |a|.
Ferner gilt \(\sqrt[k]{{a}_{n}}\,\to \,\sqrt[k]{a}\) für k ∈ ℕ und an ∈ [0, ∞) (dann ist auch a ∈ [0, ∞)). All dies ergibt sich unmittelbar aus der Stetigkeit der Grundoperationen.
Allgemeiner gilt f(an) → f(a) für in a ∈ \({\mathbb{K}}\) stetige f : \({\mathbb{K}}\) → \({\mathbb{K}}\) und f(an, bn) → f(a, b) für in (a, b) ∈ \({\mathbb{K}}\) stetige \({\mathbb{K}}\) usw., wobei \({\mathbb{K}}\) ∈ {ℝ, ℂ} sei. Dies folgt aus der Äquivalenz von Stetigkeit und Folgenstetigkeit von Funktionen auf metrischen Räumen (hier: Funktionen \({\mathbb{K}}\)n → \({\mathbb{K}}\)). Auch für bestimmt divergente reelle Folgen gelten ähnliche Regeln, die kurz durch folgende (symbolisch zu verstehende) „Gleichungen“ wiedergegeben werden:
Dabei sei c ∈ (0, ∞), und 0+ bzw. 0− stehe für eine Nullfolge mit positiven bzw. negativen Gliedern.
Die Regel ∞ · (−∞) = −∞ besagt z. B.: Gilt an →∞ und bn → −∞, so folgt anbn → −∞.
\(\frac{+c}{0+}=\infty \,\) besagt: Gilt an → c > 0 und bn ↓ 0, so folgt \(\frac{{a}_{n}}{{b}_{n}}\to \,\infty \).
Es gibt keine entsprechenden allgemeinen Regeln für die Differenz und den Quotienten von bestimmt divergenten Folgen – hier sind für die Ergebnisfolge sowohl Konvergenz als auch Divergenz (dabei auch bestimmte Divergenz) möglich. Für an := n, bn := n, \({c}_{n}\,:=\,\frac{n}{2}\) und dn := n + (−1)n hat man z. B. an, bn, cn, dn →∞, es gilt jedoch an − bn → 0 und an − cn →∞, und (an − dn) hat keinen Grenzwert.
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