Dizi

Dizi, bir sıralı listedir. Bir küme gibi, ögelerden (bazen eleman veya terim de denir) oluşur. Sıralı ögelerin sayısına (sonsuz olabilir) dizinin uzunluğu denir. Kümenin aksine sıralı ve aynı ögeler dizide farklı konumlarda birkaç kez bulunabilir. Tam olarak bir dizi, tanım kümesi sayılabilen toplam sıralı kümelerden oluşan bir fonksiyon olarak tanımlanabilir. Örneğin doğal sayılar gibi. Diziler bu örnekte olduğu gibi sonlu olabilir. Ya da (2, 4, 6, ...) tüm çift pozitif tam sayılar gibi sonsuz olabilir.

Örneğin, (K, İ, T, A, P), ilk harfi 'K' ve son harfi 'P' olan bir dizidir. Bu dizi, (P, A, T, İ, K) dizisinden farklıdır. Ayrıca (1, 1, 2, 3, 5, 8) dizisindeki 1 sayısı iki farklı konuma sahiptir. Böyle olması dizinin geçerliliğini değiştirmez. Dizi sonlu ya da sonsuz olabilir. Pozitif tam sayılar (1, 2, 3, 4, …) sonsuz diziye örnek verilebilir. (1, 2, 3, 4) dizisi ise sonlu bir dizidir.

Bir dizi rastgele sıralanmış ögeler listesi olarak düşünülebilir. Dizinin özellikleri kullanılarak, fonksiyonlar, uzaylar ve diğer matematik yapıları ile çalışmak için diziler, matematik disiplinlerinde kullanılabilir. Özellikle diziler, diferansiyel denklemler ve analizde önemli olan seriler için temel teşkil eder.

Diziyi belirtmenin birkaç yöntemi vardır. Bunların bazıları özel dizi türleri için çok kullanışlıdır. Diziyi belirtmenin bir yöntemi de, ögeleri listelemektir. Örneğin; ilk dört tek sayı dizisi (1, 3, 5, 7) formundadır. Bu gösterim, sonsuz diziler için de kullanılabilir. Örneğin pozitif tek tam sayıların sonsuz dizisi, (1, 3, 5, 7, ...) formunda yazılabilir. Listeleme, sonsuz diziler için en kullanışlı yöntemdir. Burada bir örüntü kullanılır. Böylece ilk birkaç öge kolayca fark edilebilir. Diğer yöntemlerden örneklerden sonra bahsedilecektir.

Birçok önemli tam sayı dizisi vardır. Asal sayılar, 1'den büyük fakat 1 ve kendilerinden başka bölenleri olmayan doğal sayılardır. Bunlar kendi sırasına göre dizilirse, (2,3,5,7,11,13,17,...) dizisi elde edilir. Asal sayılarla çalışmak, matematik ve özellikle sayılar teorisi için önemlidir.

Fibonacci dizisi, her sayının kendinden önceki sayı ile toplanması sonucu oluşan bir sayı dizisidir. İlk iki öge ya 0 ile 1 ya da 1 ile 1'dir. Böylece (0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,...) dizisi elde edilir.

Dizilere diğer önemli örnekleri, rasyonel sayılar, reel sayılar ve karmaşık sayılar verilebilir. (.9,.99,.999,.9999,...) dizisi 1'e yaklaşır. Her reel sayı, rasyonel sayılar dizisinin limiti olarak yazılabilir. Örneğin, (3,3.1,3.14,3.141,3.1415,...) dizisinin limiti, π olarak yazılabilir. Daha genel bir ifade ile herhangi bir reel sayı ondalıklar dizisinin limiti olarak yazılabilir. π için, (0.9,0.99,...) dizisinde olduğu gibi herhangi bir ondalık örüntüsü yoktur.

Örüntünün kolayca gösterilemediği durumlarda veya pi sayısında olduğu gibi rakamlarında herhangi bir örüntü yoksa, diziler için başka gösterimler kullanılabilir. Bu bölümde doğal sayılar alt kümesinde bulunan diziler için kullanılan gösterimlerden bahsedilmiştir. Diğer sayılabilir indis kümelerinin genelleştirmeleri için aşağıdaki bölüme bakın.

Bir dizinin terimleri (veya ögeleri) genellikle tek bir değişkenle ifade edilir. Dizideki herhangi bir an ögesindeki n indisi, dizinin n. ögesidir.

Burada {k=1} alt indisi ve 10 üst indisi, k = 1, 2, ..., 10 için bu dizinin terimlerinin ak olduğunu ifade eder.

Bazı durumlarda dizinin terimleri, örüntüsü kolayca anlaşılabilen bir tam sayılar dizisi ile ilgilidir. Bu durumda, ilk birkaç soyut terim listelenerek indis kümesinin geri kalan terimlerinin ne olduğu anlaşılabilir. Örneğin, tek sayılar aşağıdaki gösterimlerden herhangi biriyle ifade edilebilir.

İndisle ifade edilen değerler kümesine indis kümesi denir. Genellikle ak ögelerinin dizilişi, indisleme kümesindeki terimlerin dizilişi ile belirtilir. N indis kümesi olursa, a<sub>k+1</sub> terimi, ak teriminden sonra dizilir. Dolayısıyla (k+1) alt indisi, doğrudan k alt indisinden sonra gelir.

Bir dizi genellikle tanım kümesi sayılabilen toplam sıralı kümelerden oluşan bir fonksiyon olarak tanımlanabilir. Reel analizde bir dizi, N (veya ) doğal sayılarından R (veya ) reel sayılarına kadar olan alt kümedeki bir fonksiyondur. Başka bir ifade ile dizi, f(n): N → R haritasıdır. Daha önce ifade edilen gösterimleri doğrulamak için, an = f(n) veya yalnızca an: N → R yazılabilir.

Karmaşık analizde dizi, N doğal sayılarından (veya veya ) karmaşık sayılarına kadar olan bir harita olarak tanımlanır. Topolojide dizi, genellikle doğal sayılar alt kümesinden topolojik uzayına kadar olan fonksiyonları tanımlar.

n sonlu uzunluklu bir dizi, n demetli olarak da adlandırılır. Hiçbir ögesi olmayan ( ) boş dizi de bir sonlu dizidir.

Normalde sonsuz dizi kavramı, bir yönde sonsuz olan bir diziyi ifade ederken; sonlu dizi, diğer yönde birinci ögesi olan, fakat son ögesi olmayan bir dizidir. Her iki yönde de ya birinci ya da sonuncu ögesi olan sonsuz dizi, çift sonsuz dizi, veya iki yönlü sonsuz dizi olarak adlandırılır. Örneğin; tüm tam sayılardan oluşan bir kümedeki fonksiyonun dizisinin tüm (…, −4, −2, 0, 2, 4, 6, 8…) çift tam sayıları, çift sonsuzdur. Bu dizi, olarak ifade edilemez. Sonuçta, bir çift sonsuz dizi Z deki bir harita olarak tanımlanabilir.

Tek sonsuz dizi, R[N] doğal sayılarının yarıgrup halkasının; çift sonsuz dizi ise, R[Z] tam sayılarının Grup halkasının ögeleri olarak ifade edilebilir. Bu görüş, dizilerin Cauchy çarpımında kullanılır.

Bir dizinin her bir terimi, bir önceki terimden büyük eşitse, buna monotonik artma denir. dizisinde tüm n ∈ N oluyorsa, dizi şöyle yazılabilir: an ≤ an+1 . Eğer peşpeşe gelen terimlerin her biri, önceki terimden büyükse (>), "dizi tam monotonik artıyor'" denir. Eğer peşpeşe gelen terimlerin her biri, önceki terimden küçük eşit ise, "dizi monotonik azalıyor'" denir. Eğer peşpeşe gelen terimlerin her biri, önceki terimden küçükse "dizi tam monotonik azalıyor'" denir. Eğer bir dizi ya artıyor ya da azalıyorsa, "dizi monotondur'" denir. Bu monotonik fonksiyonun genel kavramının özel durumudur.

Azalmıyor ve artmıyor kavramları sırasıyla tam artıyor ve tam azalıyor kavramları ile karışmaması için, bunlar yerine sırasıyla artıyor ve azalıyor kavramları sıkça kullanılır.

Eğer (an) reel sayılar dizisi, belirli bir terimden sonraki tüm terimleri M reel sayısından daha küçük ise, "'üstten sınırlı dizi" denir. Bunun anlamı, s, tüm n büyüktür N ve bazı M ve N çiftleri için, an ≤ M olur. Burada M, üst sınır olarak adlandırılır. Benzer şekilde, tüm n büyüktür n için bazı reel sayılar m, an ≥ m olur. Buna "'alttan sınırlı dizi" denir. Burada m alt sınır olarak adlandırılır. Eğer dizi hem alttan sınırlı hem de üstten sınırlı ise diziye sınırlı denir.

altdizi denir. Örneğin (2, 4, 6, ...) çift tam sayılar dizisi, (1, 2, 3,4, ...) pozitif tam sayılar dizisinin bir altdizisidir. Diğer terimleri silindiğinde, geri kalanları konumları değişmiş, fakat öncelik sıraları değişmemiştir.

Eğer n ve m aralarında asal ise, tüm n ve m çiftleri için anm = an am oluyorsa, pozitif tam sayı dizisine, çarpan olarak adlandırılır. Başka bir ifade ile tüm n için eğer an = na1 oluyorsa, çarpan dizidir. Ayrıca çarpanlı Fibonacci dizisinin tekrarlı ilişkisi de bir dizidir, şöyle ki: an = an−1 an−2.

Dizinin en önemli özelliklerinden biri de yakınsaklıktır. En basit anlamda eğer bir dizinin limiti varsa, "dizi yakınsaktır" denir. Yani bir (tek sonlu dizinde n çok çok büyük olduğunda L limite yaklaşırsa, "dizinin limiti vardır" denir. Bir (an) soyut dizisinde n → ∞ (n sonsuza giderken) an, L ye yakınsar.

an ∈ R olursa ve dizi formunda yazılabiliyorsa, bu diziyi N indis kümesi ile şöyle yazabiliriz: (an). Bu diziler gerçel analizde sıkça kullanılır.