Berechnung von Grenzwerten

Berechnung von Grenzwerten

Grenzwertsätze

#Satz Grenzwertsätze

Seien (an)n und (bn)n konvergente Folgen mit

limn→∞an=aundlimn→∞bn=b.

Dann gilt:

  1. limn→∞(an+bn)=limn→∞an+limn→∞bn=a+b.
  2. limn→∞(an−bn)=limn→∞an−limn→∞bn=a−b.
  3. limn→∞(anbn)=(limn→∞an)(limn→∞bn)=ab, insbesondere ist limn→∞(can)=ac für c∈R.
  4. Ist b≠0, so gibt es ein n0∈N mit bn≠0 für alle n≥n0, und dann ist
limn→∞anbn=limn→∞anlimn→∞bn=ab.

Grenzwerte und Ungleichungen

Grenzwertbildung erhält schwache Ungleichungen.

Sind (an)n und (bn)n konvergente Folgen reeller Zahlen mit an≤bn für alle n∈N, so gilt a≤b.

Vorsicht: Aus an<bn folgt ebenfalls nur a≤b. Die strikte Ungleichung geht im Grenzwert verloren. Beispiel: an=0<1n=bn, aber limn→∞an=0=limn→∞bn.
Besonders hilfreich ist das folgende Sandwich-Theorem (oder Drei-Folgen-Satz).

#Satz Sandwich-Theorem

Seien (an)n,(bn)n,(cn)n drei reelle Folgen mit

an≤bn≤cnfür alle n

und mit

limn→∞an=limn→∞cn=a.

Dann konvergiert auch (bn)n gegen a:

limn→∞bn=a.

Besonders oft verwendet man das Sandwich-Theorem für Abschätzungen 0≤|an|≤bn mit bn→0. Dann folgt |an|→0 und mit −|an|≤an≤|an| dann auch an→0.

Monotonie

Ein schwieriges Problem ist es, die Konvergenz einer Folge zu beweisen, wenn man den Grenzwert nicht kennt (und keine Vermutung für ihn hat). Relativ oft kann einem das folgende hinreichende Kriterium helfen.

#Satz Monotoniekriterium

Jede beschränkte und monotone Folge reeller Zahlen ist konvergent.

Beachten Sie: Andersherum ist jede konvergente Folge beschränkt, aber nicht notwendigerweise monoton: zum Beispiel konvergiert ((−1)nn)n≥1, ist aber nicht monoton.
Monotone Folgen, die nicht beschränkt sind, sind bestimmt divergent.