Cauchyscher Grenzwertsatz

Der Cauchysche Grenzwertsatz wurde erstmals von dem französischen Mathematiker Augustin Louis Cauchy formuliert. Er ist ein Spezialfall des allgemeineren Satzes von Cesàro–Stolz und besagt: Aus der Konvergenz einer Zahlenfolge folgt die Konvergenz der Cesàro-Mittel der Folge gegen denselben Grenzwert. Oder: Aus  <math>a_n\to a</math>  folgt  <math>(a_1+\cdots+a_n) / n \ \to a</math>.<ref name="Walz">Guido Walz (Hrsg.): Lexikon der Mathematik - Band 1. Springer/Spektrum, 2-te Auflage 2017, S. 293 (online)</ref><ref name="Heuser">Harro Heuser: Lehrbuch der Analysis – Teil 1, 17-te Auflage, Vieweg + Teubner 2009, ISBN 978-3-8348-0777-9, S. 176-179</ref>

Verwandte Resultate und Erweiterungen

Betrachtet man statt des gewöhnlichen arithmetischen Mittels ein gewichtetes Mittel, so folgt aus der Konvergenz der ursprünglichen Folge auch die Konvergenz der gewichteten Mittel, das heißt, es gilt der folgende Satz:<ref name="Walz"/><ref name="Heuser"/>

Sei <math> (a_n)</math> eine beliebige Folge mit <math>a_n\to a </math> und <math> (p_n)</math> eine Folge positiver Zahlen mit <math>\frac{1}{p_1+\cdots+p_n} \to 0</math>. Dann gilt auch: <math>\frac{p_1a_1+\cdots+p_na_n}{p_1+\cdots+p_n}\to a </math> .

Für das geometrische Mittel gilt ebenfalls ein analoger Satz:<ref name="Walz"/><ref name="Heuser"/>

Sei <math>(a_n)</math> eine Folge mit <math>a_n>0</math>, <math>a_n\to a</math>. Dann gilt auch:   <math>\sqrt[n]{a_1 \cdot a_2\cdot \cdots \cdot a_n} \ \to a</math> .

Beweis des Cauchyschen Grenzwertsatzes

Sei <math>\varepsilon>0</math> beliebig und <math>N \in \N</math> so gewählt, dass  <math>|a_k - a| \leq \tfrac{\varepsilon}{2}</math>  ist für alle <math>k \geq N</math>.
Wegen  <math>\lim_{n \to \infty} \frac{1}{n} \sum_{k=1}^N (a_k - a) = 0</math>  gibt es ein  <math>M \in \N</math>  mit   <math>\left|\frac{1}{n} \sum_{k=1}^N (a_k - a)\right| \leq \frac{\varepsilon}{2}</math>   für  <math>n \geq M</math> .

Für alle <math>n \geq \max(N,M)</math> folgt dann

<math>\begin{align}

\left|\frac{1}{n} \left(\sum_{k=1}^n a_k\right) - a\right|

 & = \left|\frac{1}{n} \sum_{k=1}^n (a_k - a)\right| 
   = \left|\frac{1}{n} \sum_{k=1}^N (a_k - a) + \frac{1}{n} \sum_{k=N+1}^n (a_k - a)\right| \\ 
 & \leq \left|\frac{1}{n} \sum_{k=1}^N (a_k - a)\right| + \frac{1}{n} \sum_{k=N+1}^n |a_k - a| \leq \frac{\varepsilon}{2} + \frac{(n-N)\varepsilon}{2n} 
   \leq \varepsilon.

\end{align}</math><ref name="Heuser"/>

Literatur

• Harro Heuser: Lehrbuch der Analysis – Teil 1, 17-te Auflage, Vieweg + Teubner 2009, ISBN 978-3-8348-0777-9, S. 176–179
• Konrad Knopp: Theorie und Anwendung der unendlichen Reihen. Springer, 5. Auflage, Berlin 1964, S. 73–79 (online)
• Sen-Ming: Note on Cauchy's Limit Theorem. In: The American Mathematical Monthly, Band 57, Nr. 1 (Jan., 1950), S. 28–31 (JSTOR)

Weblinks

• Cesaro-Mittel und Cauchyscher Grenzwertsatz auf SOS Math (engl., archiviert)
• Cesàro-Mittel im ProofWiki (engl.)

Einzelnachweise

<references/>