Una sucesión es una función cuyo dominio son los números naturales.
O sea, si \( \alpha:\mathbb{N}\to X \) es una sucesión, sin importar que el conjunto de "llegada" \( X \) sea de números o de cualquier otra cosa imaginable. (Sólo es importante que \( X \) sea no vacío).
A pesar de esta definición tan sencilla, la "intuición" de sucesión viene por otro lado,
y es por eso que se usa una notación diferente a la de función.
En vez de hablar del "valor \( \alpha(n) \) que toma la función \( \alpha \) en el valor \( n \)",
se habla del \( n \)-ésimo elemento de la sucesión, y se lo denota \( \alpha_n \).
Esto se hace así porque la "intuición" de sucesión que se procura conservar es la de una "lista de infinitos elementos".
Así, los "elementos de la sucesión" se pueden denotar en formato de lista, así:
\( \{\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3,\ldots\}, \)
donde los puntos suspensivos indican que la "lista" continúa.
Otra notación comunmente empleada es la siguiente:
\( \{\alpha_n\}_{n=1}^\infty \)
También esta otra:
\( \{\alpha_n\}_{n\in\mathbb{N}}. \)
Pero todo esto no son más que "notaciones" evocando "antiguas intuiciones matemáticas".
La definición de sucesión, repetimos, es la de una función de dominio \( \mathbb{N} \).
Sin embargo, como todos los libros de la actualidad repiten las antiguas costumbres, nosotros también lo haremos, para que el curso se entienda.
Nosotros supondremos de ahora en más que todas las sucesiones que aparezcan tendrán imagen en los números reales,
o sea, serán funciones de la forma \( \alpha:\mathbb{N}\to\mathbb{R} \).
Se llamarán, pues,
sucesiones reales, y esto quiere decir que, dado \( n \), el elemento \( \alpha_n \) es un número real.
Explicar la notación no tiene nada que ver con los cálculos de límites, pero tengo la enojada convicción de que muchos problemas en el entendimiento del tema de los límites proviene de una escasa explicación del significado de los objetos matemáticos declarados y utilizados.Límites de Sucesiones.
Sea \( \{\alpha_n\}_{n=1}^\infty \) una sucesión real.
Diremos que la sucesión tiene límite \( L \) (donde \( L \) es un número real también) si se cumple la siguiente condición:
Dado \( \epsilon > 0 \), existe \( N \in \mathbb{N} \) tal que, para todo \( n > N \) implica \( |\alpha_n-L|<\epsilon \). En tal caso se escribe la siguiente expresión:
\( \lim_{n\to\infty}\alpha_n=L. \)
Observamos que la anterior es una definición muy similar a la de "límite en el infinito" que dimos en el post anterior.
De hecho, dado que una sucesión es una función con dominio \( \mathbb{N} \),
las definiciones de límite de una sucesión coincide con la de límite en el infinito cuando el dominio de la función es el conjunto \( A = \mathbb{N} \).
Sin embargo esto no agota las relaciones entre los límites de sucesiones y los límites usuales (en el infinito).
Supongamos que \( f:\mathbb{R}\to \mathbb{R} \) es una función dada, y definamos la sucesión \( \{\alpha_n\}_{n=1}^\infty \) por medio de la regla siguiente: \( \alpha_n = f(n) \).
O sea, la sucesión toma los valores de la función cuando x = n varía en los naturales, y los restantes valores de f(x) son descartados de toda consideración.
Supongamos ahora que existe el límite \( \lim_{x\to+\infty} f(x) = L \).
En ese caso, es fácil demostrar que también existe el límite de la sucesión \( \alpha_n \), y tenemos:
\( \lim_{n\to \infty} \alpha_n = L. \)
Hagamos otra pregunta. Supongamos que la función \( f(x) \) y la sucesión \( \alpha_n \) son tal como antes.
Supongamos además que existe el límite de la sucesión \( \alpha_n \).
¿Se puede asegurar la existencia del límite de \( f(x) \) cuando \( x \) tiende a \( +\infty \)?
Respuesta: En general no, sino sólo en ciertos casos.
Esto que acabamos de decir suele ser pasado por alto muchas veces en los cursos de análisis, y es fuente de algunas falacias cuando no se tiene debidamente en cuenta.
Para poder asegurar que la función \( f(x) \) y la sucesión \( \alpha_n \) tienden ambas a \( L \), debe saberse algo más de f(x).
Por ejemplo, que \( f(x) \) es una función monótona, o que \( f(x) \) es continua, entre otras posibilidades.
Resultados de este estilo veremos más adelante, ya que son fundamentales para estar seguro del cálculo de ciertos límites, o de la aplicación de ciertas técnicas que son típicas y que suelen aplicarse sin demasiado cuidado, en perjuicio del estudiante.
Propiedades algebraicas y ordinales de los límites de sucesiones.
Debido a que los límites en cuestión coinciden en todo con los "límites en el infinito" de funciones reales cuyo dominio es el conjunto \( A = \mathbb N \), pueden aplicarse con confianza las relaciones algebraicas y ordinales ya estudiadas.
El de \( A = \mathbb N \) es tan sólo un caso particular de lo ya estudiado anteriormente para "límites en el infinito".