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反向法图引理的证明

对于数列xn,其上极限为lim sup⁡ n→∞ xn ​。

  • 对于数列−xn​,其每一项都是xn​对应项的相反数。
  • 因此,对于任意n,有sup⁡ k≥n (−xk)=−inf ⁡k≥n xk(因为取反会改变最大值和最小值的位置,但保持它们之间的差不变)。
  • 同样,将上下极限对调也成立。
反向法图引理的证明

从上图可以明显看出,正值函数序列xn的下极限的负值等于-xn的上极限。

所以,数列上极限、下极限具有以下性质:

反向法图引理的证明

简而言之,当考虑一个函数及其相反数的确界时,可以发现它们的数值大小相等但符号相反,从而证明了xn的下确界等于-f的上确界的相反数。

以下是法图引理:

反向法图引理的证明

将以上规则应用于反向法图引理的:

反向法图引理的证明

证明的时候只要在法图引理的基础上,将fn替换为-fn,再应用数列上极限、下极限具有的以上性质,即可得到所要求的结论。