WOLFRAM

DiscreteLimit[f,k]

给出序列 f[k]k 趋近于无穷大的整数时的极限 kf(k).

DiscreteLimit[f,{k1,,kn}]

给出整数上的嵌套极限 f(k1,,kn).

DiscreteLimit[f,{k1,,kn}{,,}]

给出整数上的多变量极限 f(k1,,kn).

更多信息和选项

  • DiscreteLimit 亦称为离散极限或整数上的极限.
  • DiscreteLimit 计算序列 f 当变量 kki 变得任意大时的极限值.
  • 可用 f 来输入 DiscreteLimit[f,k]. 可用 dlim 来输入模板 ,用 把光标从底部移动到主体.
  • 可用 f 来输入 DiscreteLimit[f,{k1,,kn}{,,}].
  • 的极限值为 ±.
  • 对于有限值 f*
  • DiscreteLimit[f,k]f*对于每一个 ,有一个 ,使得 实质蕴涵 TemplateBox[{{{f, (, k, )}, -, {f, ^, *}}}, Abs]<epsilon
    DiscreteLimit[f,{k1,,kn}{,,}]f*对于每一个 ,有一个 ,使得 实质蕴涵 TemplateBox[{{{f, (, {{k, _, 1}, ,, ..., ,, {k, _, n}}, )}, -, {f, ^, *}}}, Abs]<epsilon
  • DiscreteLimit[f[k],k-] 等价于 DiscreteLimit[f[-l],l] 等.
  • 当可以证明极限不存在时,DiscreteLimit 返回 Indeterminate,如果无法找到极限,则不进行计算,直接返回.
  • 可以给出下列选项:
  • Assumptions $Assumptions对参数的假设
    GenerateConditions Automatic是否为参数生成条件
    Method Automatic所用的方法
    PerformanceGoal "Quality"优化的目标
  • GenerateConditions 的可能设置包括:
  • Automatic只汇报非通用条件
    True汇报所有条件
    False不汇报条件
    None如果需要条件,则不进行计算,直接返回
  • PerformanceGoal 的可能设置包括 $PerformanceGoal"Quality""Speed". 如果设置为 "Quality"DiscreteLimit 通常能求解更多问题或产生更简单的结果,但会需要更多时间和内存.

范例

打开所有单元关闭所有单元

基本范例  (4)常见实例总结

序列的极限:

Out[1]=1

绘制序列和它的极限:

Out[2]=2

多变量序列的极限:

Out[1]=1

绘制序列和它的极限:

Out[2]=2

dlim 输入模板 ,用 把光标从底部移动到主体:

Out[1]=1

TraditionalForm 排版:

范围  (37)标准用法实例范围调查

基本用法  (4)

计算当 n 趋近于 Infinity 时序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2

计算当 n 趋近于 -Infinity 时序列的极限:

Out[1]=1

计算多变量序列的嵌套极限:

Out[1]=1

计算一系列序列的极限:

Out[1]=1

初等函数序列  (7)

求有理序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2

几何函数序列:

Out[1]=1
Out[2]=2

指数函数序列:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3
Out[4]=4

三角函数序列:

Out[1]=1
Out[2]=2

反三角函数序列:

Out[1]=1
Out[2]=2

对数函数序列:

Out[1]=1
Out[2]=2

ArcTan[Log[n]] 的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2

整数函数序列  (5)

计算二项式序列的极限:

Out[2]=2

涉及 FactorialPower 的序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2

涉及 Factorial 的序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3
Out[4]=4

计算涉及 FibonacciLucasL 的序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3
Out[4]=4

涉及 Pochhammer 的极限:

Out[1]=1

交错序列  (3)

收敛交错序列:

Out[1]=1
Out[2]=2

发散交错序列:

Out[1]=1
Out[2]=2

振荡交错序列:

Out[1]=1
Out[2]=2

周期序列  (3)

涉及周期序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3
Out[4]=4

最终周期序列:

Out[1]=1
Out[2]=2

密集非周期序列:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3
Out[4]=4

分段函数序列  (3)

收敛分段函数序列:

Out[1]=1
Out[2]=2

发散分段函数序列:

Out[3]=3
Out[4]=4

周期性条件下的分段函数序列:

Out[1]=1
Out[2]=2

涉及 Floor 的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2

数论函数序列  (4)

计算涉及 Prime 的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3
Out[4]=4

Prime 接近于

Out[5]=5
Out[6]=6

涉及 PrimePi 的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3
Out[4]=4

PrimePi 接近于

Out[5]=5
Out[6]=6

涉及 PartitionsPPartitionsQ 的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2

涉及其它数论函数序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3
Out[4]=4
Out[5]=5
Out[6]=6

嵌套和多变量序列  (2)

计算嵌套序列的极限:

Out[1]=1

绘制序列和它的极限:

Out[2]=2

多变量序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3

形式序列  (6)

计算涉及 Inactive 和的序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3
Out[4]=4
Out[5]=5

Inactive 和的嵌套极限:

Out[1]=1

交换 DiscreteLimitSum 的顺序,分两步计算,获得同样的结果:

Out[2]=2
Out[3]=3

涉及 Inactive 积的序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3

Inactive 积的嵌套极限:

Out[1]=1

交换 DiscreteLimitProduct 的顺序,分两步计算,获得同样的结果:

Out[2]=2
Out[3]=3

涉及 Inactive 连分数的序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2

Inactive 连分数的嵌套极限:

Out[1]=1

通过运用 DiscreteLimitContinuedFractionK,分两步计算,获得同样的结果:

Out[2]=2
Out[3]=3

选项  (6)各选项的常用值和功能

Assumptions  (1)

指定参数的假设:

Out[1]=1

不同的假设会给出不同的结果:

Out[2]=2
Out[3]=3

GenerateConditions  (3)

不陈述条件,返回结果:

Out[1]=1

只有 y>1 时结果才有效:

Out[1]=1

如果结果取决于参数的值,则不进行计算,直接返回:

Out[1]=1

默认情况下,会生成返回唯一结果的条件:

Out[2]=2

默认情况下,如果只有特殊值使结果无效,则不会生成条件:

Out[1]=1

当设置为 GenerateConditions->True 时,即便是非通用条件,也会汇报:

Out[2]=2

Method  (1)

用缺省方法计算序列的极限:

Out[1]=1

通过调用 Limit 获取同样的答案:

Out[2]=2

所给序列不是周期性的,因此针对周期性序列的方法没有用:

Out[3]=3

PerformanceGoal  (1)

DiscreteLimit 计算周期为任意长度的序列的极限:

Out[2]=2

PerformanceGoal 来避免此种花费时间较长的计算:

Out[3]=3

Method 选项会覆盖 PerformanceGoal

Out[4]=4

应用  (35)用该函数可以解决的问题范例

几何极限  (3)

半径为 r、边数为 n 的正多边形的周长:

Out[1]=1

n-> 时,周长趋近于半径为 r 的圆的周长:

Out[2]=2

半径为 r、边数为 n 的正多边形的面积:

Out[3]=3

n-> 时,面积趋近于半径为 r 的圆的面积:

Out[4]=4

可视化当 n 增加时内接多边形及其近似周长和面积:

Out[5]=5

考虑用 2n 个圆柱覆盖半径为 r 的球,如图所示:

Out[1]=1

圆柱的体积为:

Out[2]=2

取当 n->Infinity 时的 DiscreteLimit 给出球的体积:

Out[3]=3

与直接算出的结果比较:

Out[4]=4

考虑下列函数和一组由其定义的长方形:

在区间 [0,2] 上,n5,长方形为:

Out[3]=3

这些矩形的面积定义了近似曲线下面积的黎曼和:

Out[5]=5

DiscreteLimit 获取精确答案:

Out[6]=6

Integrate 直接获得同样的面积:

Out[7]=7

可视化该函数及其它三个函数的计算过程:

Out[9]=9

和与积  (6)

用求有限和的极限的方式计算无限和:

Out[1]=1

Sum 获得同样的答案:

Out[2]=2

以下序列定义了一个收敛级数:

Out[2]=2

求级数的值:

Out[3]=3

Sum 直接计算结果:

Out[4]=4

证明无穷级数是发散的,从有限个项的和开始:

Out[1]=1

级数是发散的,因为有限和的极限不存在:

Out[2]=2

SumConvergenceSum 确认级数是发散的:

Out[3]=3
Out[4]=4

Regularization 获取级数的阿贝尔和:

Out[5]=5

用有限和的嵌套极限计算双重无穷和:

Out[1]=1
Out[2]=2

Sum 直接获取同样的答案:

Out[3]=3

用有限积的极限计算无穷积:

Out[1]=1

Product 获取同样的答案:

Out[2]=2

用重复无穷小变换的极限构造旋转矩阵:

Out[1]=1
Out[2]=2

与直接构建的结果相比较:

Out[3]=3

级数收敛  (4)

用比例检验法来检验一般项由下式给出的级数的收敛性:

计算该级数的 DiscreteRatio

Out[2]=2

级数收敛,因为比值的极限小于 1:

Out[3]=3

SumConvergence 验证结果:

Out[4]=4

用根检验法来检验一般项由下式给出的级数的收敛性:

级数收敛,因为第 n 个根的极限小于 1:

Out[2]=2

SumConvergence 验证结果:

Out[3]=3

用 Raabe 检验法来检验一般项由下式给出的级数的收敛性:

Raabe 检验法在此是适用的,因为比例检验法的结果不确定:

Out[2]=2

级数收敛,因为下式的极限大于 1:

Out[3]=3

SumConvergence 验证结果:

Out[4]=4

用发散检验法来检验一般项由下式给出的级数的收敛性:

级数收敛,因为一般项的极限不是 0

Out[2]=2

SumConvergence 验证结果:

Out[3]=3

经典定义  (3)

证明下列序列收敛于 0,并用 ϵ=1/7 检验经典定义:

计算极限:

Out[2]=2

设置 的值:

Reduce 显示对于所有的 n>=12,定义成立:

Out[4]=4

DiscretePlot 验证结果:

Out[5]=5

证明下列序列发散于 Infinity,并用 M=35 检验经典定义:

计算极限:

Out[2]=2

设置 M 的值:

Reduce 显示对于所有的 n >= 10,定义成立:

Out[4]=4

DiscretePlot 验证结果:

Out[5]=5

确定各项由下式给出的调和级数 的收敛性:

标准检验,如比例检验给出的结果不确定:

Out[2]=2

定义以下辅助级数

的项由长度为 项组成:

Out[4]=4

请注意

Out[5]=5

每串的和为 ,所以前 个项的和为 :

Out[6]=6

的部分和被称为调和数 TemplateBox[{n}, HarmonicNumber]

Out[7]=7

对于任意正整数 TemplateBox[{{2, ^, {(, {{2,  , M}, -, 2}, )}}}, HarmonicNumber]>=sum_(n=1)^(2^(2 M-2))a(n)=M,所以 TemplateBox[{n}, HarmonicNumber] 最终会超过 ,并发散于

Out[8]=8

这意味着 的和不收敛:

Out[9]=9

但发散是较慢的,要多于 个项才能超过 :

Out[10]=10

递归序列  (3)

计算用 RSolveValue 指定的非线性递归序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2

计算用 RSolveValue 指定的三角递归序列的极限:

Out[1]=1
Out[2]=2

计算 的值:

Out[1]=1
Out[2]=2

数学常数  (5)

用序列的极限计算 的值:

Out[1]=1

Sum 的极限计算 的值:

Out[1]=1

用序列的极限计算 的值:

Out[1]=1

用序列的极限计算 EulerGamma

Out[1]=1

用涉及 Fibonacci 的序列计算黄金比例:

Out[1]=1
Out[2]=2

数学函数  (2)

用项为符号的序列的极限表示

Out[1]=1

用序列的极限表示 Log[x]

Out[1]=1

StolzCesàro 定理  (2)

StolzCesàro 定理是 L'Hôpital 规则的离散版本,在合适的条件下可用于计算序列之比的极限. 该定理指出:

在由下式定义的序列上验证 StolzCesàro 定理:

计算差分比的极限:

Out[4]=4

DiscreteLimit 直接获取同样的结果:

Out[5]=5

绘制序列和极限:

Out[6]=6

在由下式定义的序列上验证 StolzCesàro 定理:

计算差分比的极限:

Out[3]=3

DiscreteLimit 直接获取同样的结果:

Out[4]=4

绘制序列和极限:

Out[5]=5

计算复杂性  (3)

一个算法运行时间函数 被认为是 "little-o of ",写作 ,如果

同样, 还被认为是 "little-omega of ",写作 ,如果

如果 ,那么

Out[3]=3

两个函数不可能共享两种关系:

Out[4]=4

而且,函数和自身之间也不存在这两种关系:

Out[5]=5

因此, 在算法运行时间空间 (runtime space) 上定义了部分关系:

对于较大的输入,如果与 关联的算法要比与 关联的算法快的多,则

Out[7]=7

则表示相反的关系:

Out[8]=8

请注意这两者不是完全相反的,因为 是无法相比的:

Out[9]=9

一个算法运行时间函数 被认为是 "big-theta of ",写作 ,如果下式成立:

假如一个算法需要 (次数为 的多项式)这么长的时间来运行:

该函数与单项式 的比在无穷大处趋近于首项系数

Out[3]=3

由于序列的极限存在,其最大和最小极限必须都必须等于此值:

Out[4]=4

对于算法运行时间, 必须是一个正的有限大的数字,所以每个多项式算法都可写为

Out[5]=5

因此,在确定大型输入的运行时间时,只有多项式中的首项很重要:

Out[6]=6

研究快速傅里叶变换的渐进复杂度:

Out[1]=1

计算渐进复杂度:

Out[2]=2
Out[3]=3

均匀收敛  (2)

的每一个点上,下列函数序列 都收敛于零:

Out[2]=2

每个 处达到最大幅值:

Out[3]=3

因此,对于任意 意味着对于所有 TemplateBox[{{{f, _, n}, (, x, )}}, RealAbs]<epsilon,且收敛是均匀的:

Out[4]=4

因此,积分的极限等于极限的积分:

Out[5]=5
Out[6]=6

的每一个点上,下列函数序列 都收敛于零:

Out[2]=2

然而,在点 处的 的最大值在 时是发散的:

Out[3]=3

这表明函数序列的收敛是不均匀的:

Out[4]=4

因此,积分的极限不等于极限的积分:

Out[5]=5
Out[6]=6

其它应用  (2)

用 Post 的反演公式计算 的拉普拉斯逆变换:

该函数的拉普拉斯逆变换是 1

Out[2]=2

InverseLaplaceTransform 获取同样的结果:

Out[3]=3

用 Post 的反演公式创建一个基本拉普拉斯逆变换表:

随机变量序列的概率分布的极限(如果存在)称为渐进分布. 用二项式分布序列的渐进分布获得泊松分布,其中均值 λ、概率和试验次数的乘积保持不变:

Out[1]=1

计算试验次数n-> 时序列的极限:

Out[2]=2

验证这是 PoissonDistributionPDF

Out[3]=3

绘制 λ=8n 取不同值时的分布. 注意 k>n 时 PDF 为零:

Out[4]=4

属性和关系  (15)函数的属性及与其他函数的关联

乘数常数可以被移到极限外面:

Out[2]=2

如果 fg 的极限为有限值,则 DiscreteLimit 在和上满足分配律:

Out[3]=3

如果 fg 的极限为有限值,则 DiscreteLimit 在乘积上满足分配律:

Out[3]=3

可以将幂移到极限外面:

Out[2]=2

对于连续函数,函数组合和序列的极限运算可以互换:

Out[3]=3

对于不连续函数则不成立:

Out[5]=5

"squeezing" 或 "sandwich" 定理

Out[1]=1

在正整数上,该函数被限制在 内:

Out[2]=2

边界函数的极限为零,这证明原来的极限为零:

Out[3]=3
Out[4]=4

StolzCesàro 规则可被原来求两个序列的比的极限:

直接求解极限会得到类型为 的不确定形式:

Out[3]=3

应用 StolzCesàro 规则正确计算极限:

Out[4]=4
Out[5]=5

如果 Limit 存在,则 DiscreteLimit 也存在,且它们的值相同:

Out[2]=2
Out[3]=3

反过来则不成立:

Out[5]=5
Out[6]=6
Out[7]=7

如果 DiscreteLimit 存在,则 DiscreteMaxLimit 也存在,且它们的值相同:

Out[2]=2
Out[3]=3

如果 DiscreteLimit 存在,则 DiscreteMinLimit也存在,且它们的值相同:

Out[2]=2
Out[3]=3

差分的极限满足 TemplateBox[{{{f, (, {n, +, 1}, )}, -, {f, (, n, )}}, n, infty}, DiscreteLimit]=TemplateBox[{{{(, {f, (, n, )}, )}, /, n}, n, infty}, DiscreteLimit]

Out[2]=2

比的极限满足 TemplateBox[{{{(, {f, (, {n, +, 1}, )}, )}, /, {(, {f, (, n, )}, )}}, n, infty}, DiscreteLimit]=TemplateBox[{{{f, (, n, )}, ^, {(, {1, /, n}, )}}, n, infty}, DiscreteLimit]

Out[2]=2

用有限和计算序列的极限:

Out[2]=2
Out[3]=3

用有限积计算序列的极限:

Out[2]=2
Out[3]=3

序列的极限通过终值定理与其 ZTransform 相关:

验证终值定理:

Out[2]=2

巧妙范例  (1)奇妙或有趣的实例

可视化一套序列极限:

Out[3]=3
Wolfram Research (2017),DiscreteLimit,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html.
Wolfram Research (2017),DiscreteLimit,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html.

文本

Wolfram Research (2017),DiscreteLimit,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html.

Wolfram Research (2017),DiscreteLimit,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html.

CMS

Wolfram 语言. 2017. "DiscreteLimit." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html.

Wolfram 语言. 2017. "DiscreteLimit." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html.

APA

Wolfram 语言. (2017). DiscreteLimit. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html 年

Wolfram 语言. (2017). DiscreteLimit. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html 年

BibTeX

@misc{reference.wolfram_2025_discretelimit, author="Wolfram Research", title="{DiscreteLimit}", year="2017", howpublished="\url{https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html}", note=[Accessed: 02-April-2025 ]}

@misc{reference.wolfram_2025_discretelimit, author="Wolfram Research", title="{DiscreteLimit}", year="2017", howpublished="\url{https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html}", note=[Accessed: 02-April-2025 ]}

BibLaTeX

@online{reference.wolfram_2025_discretelimit, organization={Wolfram Research}, title={DiscreteLimit}, year={2017}, url={https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html}, note=[Accessed: 02-April-2025 ]}

@online{reference.wolfram_2025_discretelimit, organization={Wolfram Research}, title={DiscreteLimit}, year={2017}, url={https://reference.wolfram.com/language/ref/DiscreteLimit.html}, note=[Accessed: 02-April-2025 ]}