Prinzip dieses Beweise
Um zu beweisen, dass die Folge für
tatsächlich einen Grenzwert besitzt, welchen wir als die Zahl e definieren, geht man folgendermaßen vor:Man konstruiert eine Intervallschachtelung mit Hilfe zweier Folgen
und
, die beide den Grenzwert e haben. Die Folge
soll mit wachsendem n streng monoton zunehmen, die andere Folge
streng monoton abnehmen. Die Folge
nähert sich von unten an den gesuchten Grenzwert e an und die Folge
von oben. Die Zahl e wird somit von diesen beiden Zahlenfolgen quasi in die Zange genommen.
Die Folge ist die gegebene Folge;sie hat den Grenzwert e und ist streng monoton steigend. Dies muss man natürlich noch beweisen. Sie nähert sich quasi von unten an e an. Als zweite Folge
verwendet man am besten:
Diese Folge hat auch den Grenzwert e und ist streng monoton fallend, was natürlich ebenfalls zu beweisen ist. Sie nähert sich von oben an e an. Da die Folgen
und
den gleichen Grenzwert besitzen, muss die Differenz beider Folgen
für
gegen Null gehen. Man sagt:„
ist eine Nullfolge.“ (Eine Nullfolge hat für
immer den Grenzwert Null.) Wenn wir das beweisen können, muss der Grenzwert
existieren.
Es muss demnach gezeigt werden:
1. Die Folge ist streng monoton steigend.
2. Die Folge ist streng monoton fallend.
3. Die Differenzfolge geht für
gegen Null.
Zu 1. Die Folge ist streng monoton steigend genau dann, wenn gilt:
Erklärung:Wenn ein bestimmtes Glied der Folge ist, ist
das nachfolgende Glied dieser Folge. Wenn eine Folge streng monoton steigend ist, muss das nachfolgende Glied
größer als das Glied
selbst sein. Ein Bruch ist immer dann größer als 1, wenn der Zähler größer ist als der Nenner. Daher muss der Bruch
größer als 1 sein, wenn die Folge
streng monoton steigend ist. Umgekehrt kann auch von
darauf geschlossen werden, dass die Folge
streng monoton steigend ist.
Zu 2. Die Folge ist streng monoton fallend genau dann, wenn gilt:
Erklärung:Wenn ein bestimmtes Glied der Folge ist, ist
das nachfolgende Glied dieser Folge. Wenn eine Folge streng monoton fallend ist, muss das nachfolgende Glied
kleiner als das Glied
selbst sein. Ein Bruch ist immer dann kleiner als 1, wenn der Zähler kleiner ist als der Nenner. Daher muss der Bruch
kleiner als 1 sein, wenn die Folge
streng monoton fallend ist. Umgekehrt kann auch von
darauf geschlossen werden, dass die Folge
streng monoton fallend ist.
Zu 3. Wenn die Differenzfolge für
gegen Null geht, müssen die Folgen
und
beide den gleichen Grenzwert besitzen. Wir bezeichnen diesen Grenzwert als Eulersche Zahl e. So lässt sich die Existenz des Grenzwertes
für n
ℕ beweisen.
Auch die Existenz des Grenzwertes für beliebige reelle Zahlen x kann gezeigt werden. Auf die genaue Beweisführung soll hier verzichtet werden.