在數學分析跟數論等數學領域中,若說一個無限序列或函數最終有某種性質,則意味著這性質雖然未必對所有經過排序後的例子成立,但對於某個例子之後的所有例子都成立。而所謂的「最終」一詞,又可用「對於充分大的數而言」或「對於足夠大的數而言」等表述代替,且可延伸到定義在任意有序集的元素(像是實數集合\mathbb{R}的子集或者是序列)的性質之上。
表記
跟「最終」(或充分大、足夠大等)相關的句子的一般形式如下:
:P最終對x成立(或說「P對於任意充分大的x成立」或「P對於任意足夠大的x成立」)
在使用全稱量化\forall及存在量化\exists的情況下,前述句子其實是如此表達式的簡記:
:\exists a \in \mathbb{R},使得\forall x \ge a而言,P為真
或更形式地:
:\exists a \in \mathbb{R}: \forall x \in \mathbb{R}:x \ge a \Rightarrow P(x)
這並表示說已知a為任意特定的數值,而只表示說有這樣的a存在。「充分大」等表述不當與「任意大」或「無限地大」等表述混合。可見「任意大」一文中對相關用法的辨析。
動機與定義
在研究無限序列時,研究者常更關心序列長期的行為而非前期的行為。在這情況下,一個正式地攫取這觀念的方式,是說這序列最終有著特定的性質,或等價地,對於某個N \in \N而言,這序列有個子序列(a_n)_{n \geq N}滿足這性質。
像例如說,對收斂至某個極限a的實數序列(a_n)的定義如下:
:對於任意的正實數\varepsilon而言,存在一個正整數N,使得對於任意的n >N 而言,有\left\vert a_n - a \right\vert。
在使用「最終」一詞作為「存在一個正整數N,使得對於任意的n >N 而言」的簡記時,上述的對收斂的定義可重述如下:
:對於任意的正實數\varepsilon而言,最終會有\left\vert a_n-a \right\vert。
在此,注意到說可能不滿足上述條件的正整數的集合會是一個有限集,也就是說可能不滿足上述條件的正整數的集合,會是一個空集合,或有一個最大元素;而一個結果就是,在這種狀況下使用「最終」一詞,等同於表明「除了有限多個可能例外之外,對於全部的正整數而言」,而這是「對幾乎所有的數而言」這表述的特例。此外要注意的是,「幾乎所有」也可表示有無限多個可能的例外。
在更基本的層次,可將一個序列視為是定義域為正整數的函數,因此「最終」一詞也可用於定義在更加一般的集合的函數之上,尤其可用於沒有最大元素的有序集合之上。
更特別地,若S是一個如此的集合,且有一個S中的元素s使得函數f定義在所有大於s的元素之上,那說f最終有某性質,就意味著存在一個元素x_0使得對於每當x>x_0成立時,f(x)總有該性質。這表述被用於諸如等的研究當中,哈代域是一個以實數函數構成的域,其中每個最終都有某個性質。
例子
- 「所有大於2的質數都是奇數」表示說「最終所有的質數都是奇數」。
- 最終所有的質數除以6都餘1或餘5。
- 最終所有質數的平方除以24都餘1。(實際上這對於所有大於3的質數都成立)
- 最終正整數的階乘都以0結尾。(實際上這對於所有大於4的正整數都成立)
其他領域的應用
*若一個3-流形包含一個真嵌入的2邊,則稱這個3-流形「充分大」。這性質是一個3-流形要成為的必要條件之一。
*時間邏輯中有一個符號可用於表示如次的描述:「特定性質在未來某時最終會成立」
參見
*幾乎所有
*大O符號
*數論
參考資料
评论 (0)