高等数学二:函数的极限


数列极限的定义:

给定数列{xn}或xn=f(n),A为常数。如果∀ε> 0(∀表示任意、每一个,ε表示存在,这里的∀ε表示数列中的任意一个数值、每一个数值),∃N > 0(∃表示存在,N表示一个正整数,∃N表示存在一个正整数) ,当n >N时,有|xn - A| < ε;则称数列{xn}以A为极限,或称数列{xn}收敛于A,记为

 

不等式中的ε的双重性: 

1、任意性:不等式|xn - a| < ε刻划了xn与a的无限接近程度,ε愈小,表示接近得愈好;而正数ε可以任意地小,说明xn与a可以接近到任何程度。然而,尽管ε有其任意性,但一经给出正整数N,ε就暂时地被确定下来,以便依靠它来求出ε,又ε既是任意小的 正数,那么ε/2,ε的平方等等同样也是任意小的正数,因此定义中 不等式|xn - A| < ε中的 ε可用ε/2,ε的平方等来代替。同时,正由于ε是任意小正数,我们可限定ε小于一个确定的正数.另外,定义1中的|xn - A| < ε也可改写成|x- A| ≦ ε。 

2、相应性:一般说,N随ε的变小而变大,由此常把N写作N(ε),来强调N是依赖于ε的;但这并不意味着N是由ε所唯一确定的,因为对给定的 ,比如当N=100时,能使得当n>N时有||x- A| < ε,则N=101或更大时此不等式自然也成立.这里重要的是N的存在性,而不在于它的值的大小.另外,定义1中的,n > N也可改写成n≧N。

分析 :
当n无限增大时, xn无限接近于A .
⇔当n无限增大时,|xn - A|无限接近于0 .
⇔当n无限增大时, |xn - A|可以任意小, 要多小就能有多小.
⇔当n增大到一定程度以后, |xn - A|能小于事先给定的任意小的正数.
因此, 如果 n 增大到一定程度以后, |xn - A|能小于事先给定的任意小的正数, 则当n无限增大时,  |xn - A|无限接近于常数A。

将xn无限接近于A,数学符号化为: “∀ϵ>0, |xn - A| < ϵ∀ϵ > 0, |xn - A| < ϵ”

将n无限大时,数学符号化为:∃N, n > N

同样的,如果这样的常数A不存在,就说数列{xn}没有极限,或者说{xn}是发散的。

示例:

 

 

 

数列极限,是一个特殊的极限;更普通性的是函数极限。

领域:对于区间的集合,称为a的邻域,记作a为邻域的中心,δ为邻域的半径

去心领域:在 a 的邻域中去掉a 的数的集合,记作。 

函数的极限的定义:

设函数  在点  的某一去心邻域内有定义,如果存在常数A,对于任意给定的正数 (无论它多么小)(即∀ϵ > 0),总存在正数

   (即E   > 0),使得当x满足不等式   时,对应的函数值   都满足不等式: ,则A就叫做函数
   当   时的极限,记作

由函数极限的定义可知, 在  处的极限仅与  的去心领域内的值有关,而与 在  处的值无关。f()甚至可以不定义。对于x --> x0,的函数极限要比数列极限复杂得多;数列中n只会无限趋近于正无穷大+∞,而函数极限分区分左趋近和右趋近,具体表示如下:

 用ϵ --   语言,表示函数极限x -> x0的定义:

  <=> ∀ε> 0,E > 0,当   时,则 。

1、自变量趋于有限值x0时,函数的极限

  • x -> x0
  • x ->x0+
  • x ->x0-

 用ϵ --  X 语言,表示函数极限x -> ∞ 的定义:

  <=> ∀ε> 0,E > 0,当 |x| > X时,则 。

2、自变量趋于无穷大时,函数的极限

  • x -> ∞
  • x -> +∞
  • x -> -∞

考察函数f(x)自变量变化过程的以上六种形式。

 

x --> x0分析:

 

 示例:证明 

 

 

 左、右极限(单侧极限):

 

 

 

 

x -> ∞分析:

通常使用表示δ一个很小的数,使用X表示一个很大的数。

 

示例:

 

 函数极限存在的充要条件:

函数极限存在,则必有左右极限,且左右极限相等。

 

 函数极限的性质:

定理1:函数极限唯一性

定理2:函数极限的局部有界性

证明:

 

定理3:函数极限的局部保号性

证明:

 

 

 

 

极限存在的两个准则:

准则1:两边夹

准则2:单调且有界数列,必有极限

 

两个重要的极限:

 

 

第一个重要极限,使用了极限存在的第一个准则,两边夹准则来证明。

 

第二个重要极限,使用了极限存在的第二个准则,单调且有界准则。

 

 

 

 两个重要极限的通用格式:

 

极限的四则运算 

 

 

练习:

练习2、3:

练习4:

只要没有特殊说明n -> ∞,这里f(x)指的是数列极限。其中x是一个常量,参量,n才是自变量。

先求出f(x):

再求要求的:

 


免责声明!

本站转载的文章为个人学习借鉴使用,本站对版权不负任何法律责任。如果侵犯了您的隐私权益,请联系本站邮箱yoyou2525@163.com删除。



 
粤ICP备18138465号  © 2018-2025 CODEPRJ.COM