mir.pe (일반/어두운 화면)
최근 수정 시각 : 2024-04-30 21:56:52

단조 수렴 정리

단조수렴정리에서 넘어옴

해석학· 미적분학
Analysis · Calculus
{{{#!wiki style="margin: 0 -10px -5px; min-height: calc(1.5em + 5px)"
{{{#!folding [ 펼치기 · 접기 ]
{{{#!wiki style="margin: -5px -1px -11px"
<colbgcolor=#26455A>실수와 복소수 실수( 실직선 · 아르키메데스 성질) · 복소수( 복소평면 · 극형식 · 편각) · 근방 · 유계 · 콤팩트성 · 완비성
함수 함수 · 조각적 정의 · 항등함수 · 역함수 · 멱함수 · 다변수함수( 동차함수 · 음함수) · 다가 함수 · 함수의 그래프 · 좌표계 · 닮은꼴 함수 · 극값 · 볼록/오목 · 증감표
초등함수( 대수함수 · 초월함수 · 로그함수 · 지수함수 · 삼각함수) · 특수함수 · 범함수( 변분법 · 오일러 방정식) · 병리적 함수
극한·연속 함수의 극한 · 수열의 극한 · 연속함수 · ε-δ 논법 · 수렴( 균등수렴) · 발산 · 부정형 · 점근선 · 무한대 · 무한소 · 특이점 · 0.999…=1
중간값 정리 · 최대·최소 정리 · 부동점 정리 · 스털링 근사 · 선형근사( 어림)
수열· 급수 수열( 규칙과 대응) · 급수( 멱급수 · 테일러 급수( /목록) · 조화급수 · 그란디 급수( 라마누잔합) · 망원급수( 부분분수분해)) · 그물
오일러 수열 · 베르누이 수열 · 월리스 곱
단조 수렴 정리 · 슈톨츠-체사로 정리 · 축소구간정리 · 급수의 수렴 판정 · 리만 재배열 정리 · 바젤 문제 · 파울하버의 공식 · 오일러-매클로린 공식 · 콜라츠 추측미해결
미분 미분 · 도함수( 이계도함수 · 도함수 일람) · 곱미분 · 몫미분 · 연쇄 법칙 · 임계점( 변곡점 · 안장점) · 매끄러움
평균값 정리( 롤의 정리) · 테일러 정리 · 역함수 정리 · 다르부 정리 · 로피탈 정리
립시츠 규칙 · 뉴턴-랩슨 방법 · 유율법 · 경사하강법
적분 적분 · 정적분( /예제) · 스틸체스 적분 · 부정적분( 부정적분 일람) · 부분적분( LIATE 법칙 · 도표적분법 · /예제) · 치환적분 · 이상적분( 코시 주요값)
미적분의 기본정리 · 적분의 평균값 정리
리시 방법 · 2학년의 꿈
다변수· 벡터 미적분 편도함수 · 미분형식 · · 중적분( 선적분 · 면적분 · 야코비안) · 야코비 공식
라그랑주 승수법 · 오일러 동차함수 정리 · 선적분의 기본정리 · 스토크스 정리( 발산 정리 · 그린 정리 변분법
미분방정식 미분방정식( /풀이) · 라플라스 변환
측도론 측도 · 가측함수 · 곱측도 · 르베그 적분 · 절대 연속 측도 · 라돈-니코딤 도함수
칸토어 집합 · 비탈리 집합
복소해석 코시-리만 방정식 · 로랑 급수( 주부) · 유수 · 해석적 연속 · 오일러 공식( 오일러 등식 · 드 무아브르 공식) · 리우빌의 정리 · 바이어슈트라스 분해 정리 · 미타그레플레르 정리
함수해석 공간 위상 벡터 공간 · 국소 볼록 공간 · 거리공간 · 프레셰 공간 · 노름공간 · 바나흐 공간 · 내적공간 · 힐베르트 공간 · Lp 공간
작용소 수반 작용소 · 에르미트 작용소 · 정규 작용소 · 유니터리 작용소 · 컴팩트 작용소
대수 C*-대수 · 폰 노이만 대수
정리 한-바나흐 정리 · 스펙트럼 정리 · 베르 범주 정리
이론 디랙 델타 함수( 분포이론)
조화해석 푸리에 해석( 푸리에 변환 · 아다마르 변환)
관련 분야 해석 기하학 · 미분 기하학 · 해석적 정수론( 1의 거듭제곱근 · 가우스 정수 · 아이젠슈타인 정수 · 소수 정리 · 리만 가설미해결) · 확률론( 확률 변수 · 중심극한정리) · 수치해석학 · 카오스 이론 · 분수계 미적분학 · 수리물리학( 양-밀스 질량 간극 가설미해결 · 나비에 스토크스 방정식의 해 존재 및 매끄러움미해결) · 수리경제학( 경제수학) · 공업수학
기타 퍼지 논리 · 합성곱
}}}}}}}}} ||

1. 개요2. 상세

1. 개요

調 / monotone convergence theorem(MCT)
단조 수렴 정리는 해석학에서 수열의 극한과 관련된 정리 중 하나이다. 증명하는 방법은 완비 공리(completeness axiom)를 이용하여 실수의 완비성(completeness of real number)을 밝혀내는 것이다.

2. 상세

단조 수렴 정리를 바르게 이해하기 위해서는, 단조수열(monotone sequence)과 유계라는 개념을 정확히 이해할 필요가 있다. (유계의 개념에 대해서는 유계 문서 참고.)

일단 무한수열 [math(\{a_n\})]이 주어져 있다고 하자. 모든 자연수 [math(n)]에 대해
유계이면서 단조인 실수열은 모두 수렴한다는 것이 단조 수렴 정리이다.
[증명]
-------
(출처: 해석학 1, Herbert Amann, Joachim Escher)

  1. 수열 [math(\{a_n\})]이 위로 유계인 단조증가수열이라 하자. 그러면 수열의 치역 집합 [math(A)]는 실수 집합 안에서 비어 있지 않은 유계이다. 완비성 공리에 의해 [math(A)]는 실수 안에서 상한 [math(a)]가 존재한다.
  2. 보조정리: 임의의 수 [math(x)]가 어떤 집합의 상한보다 작을 때, 그 집합 안에는 항상 [math(x)]보다 큰 수 [math(y)]가 존재한다. (만약 [math(x)]가 집합 안의 모든 [math(y)]보다 더 크거나 같다면, [math(x)]는 그 집합의 상계이므로 상한보다 작을 수 없다. 상한의 정의가 '제일 작은 상계'이므로.)
그러므로, 임의의 양수 [math(\epsilon)]이 주어지면 보조정리에 의해 다음 식을 만족하는 자연수 [math(N)]을 찾을 수 있다.
{{{#!wiki style="text-align:center"

[math(\begin{aligned}
a_N > a-\epsilon
\end{aligned} )]}}}
그리고 수열 [math(\{a_n\})]은 단조증가수열이므로, [math(N)]보다 더 큰 자연수 [math(k))]대해 다음과 같은 부등식이 성립한다.
{{{#!wiki style="text-align:center"

[math(\begin{aligned}
a_k \ge a_N > a-\epsilon
\end{aligned} )]}}}
그러므로 거의 모든 (유한한 수열의 항 빼고) 수열의 항이 [math(a)]의 [math(\epsilon)]-근방에 있으므로, 수열 [math(\{a_n\})]는 [math(a)], 즉 수열의 치역의 상한으로 수렴한다.
i. 만약 수열 [math(\{a_n\})]이 아래로 유계인 단조감소수열이면, [math(a)]를 수열의 치역의 하한으로 잡고 [math(b_n = -a_n)]으로 놓으면 수열 [math(\{b_n\})]은 위로 유계인 단조증가수열이다. 수열 [math(\{b_n\})]의 상한은 [math(-a)]이므로, ii.를 통해서 [math(-a)]로 수렴하는 걸 알 수 있다. 그러므로 수열 [math(\{a_n\})]은 수열의 치역의 하한 [math(a)]로 수렴하는 것을 알 수 있다.