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238 字
1 分钟
两两不交集合序列的极限
2026-07-22

问题:设{An,n=1,2,⋯ }\{A_n,n=1,2,\cdots\}两两不交,证明lim⁡n→∞An=∅\lim_{n\to\infty}A_n=\varnothing

设集合序列 {An}n≥1\{A_n\}_{n\ge1} 两两不交,即对任意 m≠nm\ne n,有

Am∩An=∅.A_m\cap A_n=\varnothing.

回忆定义,集合序列的上、下极限定义为

lim sup⁡n→∞An=⋂N=1∞⋃n≥NAn,\limsup_{n\to\infty} A_n =\bigcap_{N=1}^{\infty}\bigcup_{n\ge N}A_n, lim inf⁡n→∞An=⋃N=1∞⋂n≥NAn.\liminf_{n\to\infty} A_n =\bigcup_{N=1}^{\infty}\bigcap_{n\ge N}A_n.
NOTE

初学时常常带入数列极限的理解习惯,导致下意识忘记了上面这个原始定义

要证明其集合极限为空,只需证明上极限为空,因为总有

lim inf⁡An⊆lim sup⁡An.\liminf A_n\subseteq\limsup A_n.

对任意一点 xx,由于各 AnA_n 两两不交,xx 至多属于其中一个集合。换言之,xx 不可能属于无穷多个 AnA_n。 而

x∈lim sup⁡n→∞Anx\in\limsup_{n\to\infty} A_n

等价于:xx 属于无穷多个 AnA_n。这与两两不交时 xx 至多属于一个 AnA_n矛盾。因此

lim sup⁡n→∞An=∅.\limsup_{n\to\infty} A_n=\varnothing.

于是

lim inf⁡n→∞An=∅,\liminf_{n\to\infty} A_n=\varnothing,

从而集合序列的极限存在(因为没有更“小”的集合了),且

lim⁡n→∞An=∅.\boxed{\lim_{n\to\infty}A_n=\varnothing.}

也可以直观地说:每个元素最多只会在序列中出现一次,因此最终一定不再出现。

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两两不交集合序列的极限
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作者
Umi
发布于
2026-07-22
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