Șir Cauchy

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

În matematică, un șir Cauchy este un șir ale cărui elementele se apropie arbitrar de mult când . Cu alte cuvinte, pentru orice număr dat se poate renunța la termenii de la începutul șirului astfel încât diferență între oricare doi termeni dintre cei rămași să fie mai mică decât

Conceptul este numit după matematicianul francez Augustin Louis Cauchy

Utilitatea în contextul analizei matematice[modificare | modificare sursă]

Utilitatea acestor șiruri rezidă din faptul că un spațiu metric complet are la bază existența acestor șiruri care converg către o limită. Convergența șirurilor este o proprietate foarte folosită în domeniile proceselor iterative, a căror algoritmi de rezolvare necesită o limitare în timp. De aceea, în foarte multe domenii ale fizicii matematice se lucrează în termeni de topologie, prin adoptarea foarte frecvent a spațiilor metrice complete.

Șiruri Cauchy în spații metrice[modificare | modificare sursă]

Într-un spațiu metric, un șir fundamental, șir Cauchy, numit și șir fundamental, este un șir de elemente , având proprietatea că, pentru orice , există un rang astfel încât cu și , are loc , unde este funcția distanță.

Un șir convergent este întotdeauna șir Cauchy. Spațiile metrice complete sunt, prin definiție, acele spații metrice în care este adevărată și reciproca (orice șir Cauchy este convergent).

Exemple de șiruri Cauchy[modificare | modificare sursă]

1. Cel mai întâlnit exemplu de șir Cauchy este modul de construcție a unui număr real, prin utilizarea secvențelor de numere raționale. Dacă avem un număr, să zicem cifra 0 și o secvență Cauchy care stă la baza acestui număr(să zicem șirul 1/n), atunci avem o secvență de numere raționale, iar completitudinea spațiului este realizată. Conform proprietății în care, un spațiu metric complet admite numai șiruri Cauchy, atunci orice secvență de numere raționale este un șir Cauchy în domeniul real. În schimb dacă secvența de numere raționale se consideră doar în domeniul numerelor raționale, există posibilitatea ca nu orice secvență să fie Cauchy, tocmai datorită faptului că mulțimea numerelor raționale nu este un spațiu metric complet.

Șirurile Cauchy sunt una din metodele de construcție a mulțimii numerelor reale din mulțimea numerelor raționale. De aici numele lor de șiruri fundamentale.

2. Un alt exemplu îl constituie șirul cu termenul general:

În acest caz:

pentru  

Se poate demonstra că limita acestui șir este numărul e.

Contraexemplu[modificare | modificare sursă]

Se poate demonstra că șirul:

este divergent.

Pentru aceasta este suficient să se arate că există un și un astfel încât  

Într-adevăr, pentru

Cazul șirurilor de funcții[modificare | modificare sursă]

Definiție. Fie un șir de funcții, Se spune că șirul este punctual convergent pe către f pentru și se scrie dacă (în ) pentru

Definiție. Un șir de funcții se numește uniform convergent pe către o funcție și se scrie   dacă este îndeplinită următoarea condiție:

natural astfel încât să existe relația pentru

Teoremă (Criteriul fundamental de convergență uniformă al lui Cauchy) Șirul de funcții converge uniform pe mulțimea astfel încât