先把海涅定理列一下:
$\displaystyle \lim _{x\to a}f(x)=L$存在的充要条件是:对属于函数$f(x)$ 定义域的任意数列,且$\displaystyle \lim _{n\to \infty }a_ n=a$,$a_ n$不等于$a$,有$\displaystyle \lim _{n\to \infty }f(a_ n)=L$.
先把这个定理简化一下,主要意思是:
不同之处主要在于:
所以,离散是连续的抽样,而所有的离散又重新组成了连续。
多说一句,上图实际上可以换一句话来说,所有的实数可以表示为一个数列,并且这个数列还不唯一(这就是柯西数列,也是实数的形式化定义)。
我们继续看看$f(x)$和$f(a_ n)$这两幅图:
$f(a_ n)$实际上是$f(x)$的抽样。
海涅定理其实就是这个意思:
海涅定理最重要的一点,是所有的数列(抽样)才能完全代表整体。不能说我选了某个数列有极限就代表函数有极限。
比如$f(x)=sin\frac{1}{x}$,看过我之前的 如何能更好的理解(ε-δ)语言极限的定义? ,就知道它在$x=0$点是没有极限的:
比如我取$x_ n=\frac{1}{2n\pi }\to 0$,有$\displaystyle \lim _{n\to \infty }sin\frac{1}{x_ n}=0$,看起来好像极限存在。
但是取$y_ n=\frac{1}{2n\pi +\frac{\pi }{2}}\to 0$,那么$\displaystyle \lim _{n\to \infty }sin\frac{1}{y_ n}=1$,两者的极限并不相等,所以实际上极限是不存在的。
海涅定理还有一点我没有提到的,就是$a_ n$不等于$a$,这个对应于函数极限的去心邻域。
维基百科上其实没有海涅定理这么一个东西,它在英文世界里面被称为极限的海涅定义,意思是这是极限的另外一种定义,和(ε-δ)语言是完全等价。
总结一下,海涅定理表述了离散与连续、数列极限与函数极限的关系。