Matematik I · 7. Ünite: Diziler ve Seriler

Diziler ve Yakınsaklık Kavramı

Bir hesap makinesi $\sqrt{2}$'yi, bir bankanın faiz hesabı $e$'yi, bir bilgisayar programı bir denklemin kökünü hep aynı biçimde bulur: sonsuz bir sayı listesi üretir ve bu listenin bir sayıya "yaklaştığını" söyler. Bu konuda "yaklaşmanın" ne demek olduğunu $\varepsilon$–$N$ diliyle kesin olarak tanımlayacak, limit kurallarını, Sıkıştırma Teoremi'ni ve Monoton Yakınsaklık Teoremi'ni ispatlayacak ve bunları özyinelemeli dizilerde kullanacaksınız. Sonunda bir dizinin yakınsak ya da ıraksak olduğuna gerekçeyle karar verebilecek, gereken $N(\varepsilon)$ değerini hesaplayabileceksiniz.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Sonsuz bir listenin "gittiği yer"

  2. Dizi (sequence) tanımı ve gösterimleri

  3. Yakınsaklığın kesin tanımı: ε–N

  4. Limit kuralları ve fonksiyon limitiyle bağ

  5. Sıkıştırma Teoremi ve ispatı

  6. Monoton Yakınsaklık Teoremi ve özyinelemeli diziler

  7. Çözümlü örnekler

  8. Sınır durumları, grafik ve simülasyon

Anahtar terimler

Dizi (sequence)
Tanım kümesi doğal sayılar olan, $n \mapsto a_n$ biçiminde reel değerli fonksiyon; grafiği ayrık noktalardan oluşur.
Yakınsaklık (convergence)
Her $\varepsilon>0$ için bir $N$ bulunabilmesi: $n\ge N$ iken $|a_n-L|<\varepsilon$. $L$ reel bir sayıdır ve tektir.
Iraksaklık (divergence)
Dizinin hiçbir reel sayıya yakınsamaması; $\pm\infty$'a gitme ya da salınım biçiminde olabilir.
Sıkıştırma Teoremi (Squeeze Theorem)
$b_n\le a_n\le c_n$ ve $b_n,c_n\to L$ ise $a_n\to L$; pay sınırlı, payda sonsuza giderken tipik kullanım alanıdır.
Monoton dizi (monotonic sequence)
Hep artan ya da hep azalan dizi; $a_{n+1}-a_n$ işaretiyle, oranla ya da $f'$ ile sınanır.
Sınırlı dizi (bounded sequence)
Bir $K$ için her $n$'de $|a_n|\le K$ olan dizi; her yakınsak dizi sınırlıdır, tersi geçerli değildir.
Monoton Yakınsaklık Teoremi (Monotone Convergence Theorem)
Monoton ve sınırlı her dizi yakınsaktır; limitin varlığını verir, değerini vermez.
Özyinelemeli dizi (recursive sequence)
$a_{n+1}=g(a_n)$ kuralı ve bir başlangıç değeriyle tanımlı dizi; limit varsa $L=g(L)$ sabit nokta denklemini sağlar.
N(ε)
Verilen $\varepsilon$ toleransı için, bundan sonraki bütün terimlerin $L$'ye $\varepsilon$'dan yakın olmasını sağlayan eşik indeksi.

Örnek soru

$a_n = \dfrac{3n^2 - 5n + 1}{2n^2 + 7}$ dizisinin limiti kaçtır?

  1. $\dfrac{3}{7}$
  2. $0$
  3. $\dfrac{3}{2}$
  4. $\infty$
  5. Limit mevcut değildir.

Doğru cevap: C

Çözüm

1. Pay ve paydayı en yüksek kuvvet olan $n^2$'ye bölelim: $a_n = \dfrac{3 - 5/n + 1/n^2}{2 + 7/n^2}$.
2. $5/n,\ 1/n^2,\ 7/n^2 \to 0$ olduğundan limit $\dfrac{3}{2}$ bulunur: dereceler eşit olduğunda limit baş katsayıların oranıdır.
Sonuç: $\dfrac{3}{2}$. En güçlü çeldirici $3/7$'dir: payın baş katsayısını paydadaki *sabit* ($7$) ile bölme hatasıdır; baş katsayı $2$'dir, $7$ değil.

Matematik I: tüm konular