第三章 函式極限
阿新 • • 發佈:2021-12-16
1. 函式極限的定義
設函式 \(f(x)\) 在點 \(x_{0}\) 的某一去心鄰域內有定義,如果存在常數 \(\mathrm{A}\) ,對於 任意給定的正數 \(\varepsilon\) (無論它多麼小),總存在正數 \(\delta\) 使得當 \(x\) 滿足不等 式 \(0<\left|x-x_{0}\right|<\delta\) 時,對應的函式值 \(f(x)\) 都滿足不等式:
那麼常數 \(\mathrm{A}\) 就叫做函式 \(f(x)\) 當 \(x \rightarrow x_{0}\) 時的極限,記作
2. 函式極限性質
1、唯一性:若數列的極限存在,則極限值是唯一的,且它的任何子列的極限與原數列的相等;
2、有界性:如果一個數列收斂(有極限),那麼這個數列一定有界。
但是,如果一個數列有界,這個數列末必收斂。例如數列 \(1 ,-1 , 1 ,-1 , \ldots . . ,(-1) n+1 , \ldots . .\)
3、保號性: 若 \(\lim _{n \rightarrow+\infty} x_{n}=a>0 \quad\) (或<0),則 對任何 \(m \in(0 , a) \quad(a<0\)
4、保不等式性:設數列 \(\{x n\}\) 與 \(\{y n\}\) 均收斂。若存在正數 \(N\) ,使得當 \(n>N\) 時有 \(x n \geq y n\) ,則 \(\lim _{n \rightarrow+\infty} x_{n} \geq \lim _{n \rightarrow+\infty} y_{n}\)
5、和實數運算的相容性:䢃如:如果兩個數列{xn},{yn} 都收斂,那麼數列 \(\{x n+y n\}\)
6、與子列的關係: 數列 \(\{x n\}\) 與它的任一平凡子列同為收斂或發散,且在收斂時有相同的極限;數列 收斂的充要條件是:數列{xn} 的任何非平凡子列都收斂
3. 複合函式求極限
對內層函式求得x0處的極限u0,再求外層函式在u0處的極限。極限代表的是一種趨向性,函式f(x)在x=x0處的極限與f(x)在x=x0處的函式值無關(假設f(x)在x=x0處有定義),所以函式極限定義用的是x0的去心鄰域,因為當x=x0時,|f(x)-A|=|f(x0)-A|0)f(x)=0。
4. 無窮大量
若自變數x無限接近x0(或|x|無限增大)時,函式值|f(x)|無限增大,則稱f(x)為x→x0(或x→∞)時的無窮大量。例如f(x)=1/(x-1)2是當x→1時的無窮大量,f(n)=n2是當n→∞時的無窮大量。無窮大量的倒數是無窮小量。應該特別注意的是,無論多麼大的常數都不是無窮大量。
5. 單側極限
定義 設函式 \(f\) 在U \({ }^{0}\left(x_{0} ; \bar{\delta}^{\prime}\right)\left(\right.\) 或U \(\left.{ }^{0} \cdot\left(x_{0} ; \bar{\delta}^{\prime}\right)\right)\) 內有定義, \(A\) 為定數. 若對 任給的 \(\varepsilon>0\) ,存在正數 \(\delta\left(<\delta^{\prime}\right)\) ,使得當 \(x_{0}<x<x_{0}+\delta(\) 或 \(\left.x_{0}-\overline{<} x<x_{0}\right)\) 時,有 \(|f(x)-A|<\varepsilon\) ,則稱 數 \(A\) 為函式 \(f\) 當 \(x_{0}^{+}\)趨於 \(x_{0}{ }^{+}\left(\right.\)或 \(\left.x_{0}{ }^{-}\right)\)時的右 \((\)左 \()\)極 限,記 作 : \(\lim _{x \rightarrow x_{0}^{+}} f(x)=A(\) 或 \(\left.\lim _{x \rightarrow x_{0}^{-}} f(x)=A\right)\). 或 \(f(x) \rightarrow A\left(x \rightarrow x_{0}^{+}\right)\left(f(x) \rightarrow A\left(x \rightarrow x_{0}^{-}\right)\right)\).
右極限與左極限統稱為單側極限. \(f\) 在點 \(x_{0}\) 的右極限與左極限又分別記為 \(: f\left(x_{0}+0\right)=\lim _{x \rightarrow x_{0}+} f(x)\) 與 \(f\left(x_{0}-0\right)=\lim _{x \rightarrow x_{0}^{-}} f(x)\)
6. 特殊的函式極限 \[\begin{array}{c} \lim _{x \rightarrow 0} \frac{\sin x}{x}=1 \\ \lim _{x \rightarrow 0}(1+x)^{\frac{1}{x}}=e \end{array} \]
7. 例題
問題:lim(x→0)sinx/x=1的證明
解答:因為當x∈(0,π/2),恆有不等式:sinx<x<tanx成立
因此,有:sinx/x<1且tanx=sinx/cosx>x,即cosx<sinx/x
即:cosx<sinx/x<1
由於cosx與sinx/x都是偶函式,所以上述不等式對0<|x|<π/2都成立
因此,注意到lim cosx=1
根據迫斂性得:lim sinx/x=1