1.3 函数极限的概念与性质
1.3.1 邻域
①
其中点
②去心
③左、右
④邻域与区间 (区域). 邻域当然属于区间 (区域) 的范畴, 但事实上, 邻域通常表示 “一个局部位置”,比如 “点
【注】关于邻域的一组概念非常重要, 因为我们将要 “在一个局部位置” 细致地研究问题.
1.3.2 函数极限的定义
设函数
写成 “
【注 1】符号 “
” 是英文 Arbitrary (任意的 ) 的首字母上下方向倒着写出来的; 符号 “ ” 是英文 Exist(存在) 的首字母左右方向倒着写出来的.
【注 2】
【例 1.14】 已知
则
(A)
解 应选 (D).
设
上式两端同时取
则
即
附注:
计算极限
首先,回顾一下
在
现在将
化简分子:
所以,原式变为:
因此,极限是:
这个计算结果是:
1.3.3 函数极限的性质
(1) 唯一性
如果极限
【注】(1) 函数极限存在的充要条件.
(2) 关于唯一性的说明.
① 对于
,意味着 且 ; ② 对于
,意味着 且 . 我们称这个细节的问题为自变量取值的 “双向性 (有正有负)”, 基于此, 我们看几个重要的函数极限问题.
①
不存在,因为 ,根据 “极限若存在,必唯一”,得原极限不存在; ②
不存在,因为 ; ③
不存在,因为 ; ④
不存在,因为 ; ⑤分段函数分段点两侧表达式不同, 需分别求左、右极限.
【例 1.15】 当
(A) 等于 1 (B) 等于 0 (C) 为
解 应选 (D).
函数
可知当
【注】对于上述
的情形,由于 与 不相等,因此不能忽视左极限与右极限, 否则会导致错误, 这是这类问题经常出现错误的原因.
【例 1.16】 设
(A) 为 3 (B) 为 2 (C) 为 1 (D) 不存在
解 应选 (D).
由例 1.5 可知,
又
(2) 局部有界性
如果
【注】① 设
存在,则当 时, 有界. 其中 “ ” 是指 , 六种情形. 值得注意的是,极限存在只是函数局部有界的充分条件,并非必要条件; 如 在任意区间上有界. 但 不存在 ② 若
在 上为连续函数,则 在 上必定有界; ③ 若
在 内为连续函数,且 与 都存在,则 在 内必定有界; ④有界函数与有界函数的和、差、积仍为有界函数.
【例 1.17】 在下列区间内,函数
(A)
解 应选 (B).
所给选项皆为开区间, 因此不能直接利用连续函数在闭区间上的有界性定理. 可以考虑在开区间两个端点处函数的极限是否存在.
由于
可知在区间端点为 1 或 3 的开区间内,
(3) 局部保号性
如果
(脱帽严格不等)
(戴帽非严格不等)
【注】证明
,存在 ,使得当 时,有 . 取
,即有 ,所以 ,证毕. 若取
,则 ,此范围不够精确,不能用于证明此结论. lim我=你: 即使给我整个世界,我也只在你身边.
【例 1.18】 已知
(A) 当
(B) 当
(C) 当
(D) 当
解 应选 (D).
由于
故
1.3.4 无穷小的定义
如果当
【注】无穷小包括
【注】(脱帽法)
,这里 ,即 是 时的无穷小.
1.3.5 无穷小的性质
①有限个无穷小的和是无穷小.
②有界函数与无穷小的乘积是无穷小.
③有限个无穷小的乘积是无穷小.
1.3.6 无穷小的比阶
设在自变量的同一变化过程中,
①若
②若
③若
④若
⑤若
【注】 并不是任意两个无穷小都可进行比阶的. 例如,当
时, 与 虽然都是无穷小, 但是却不可以比阶,也就是说既无高低阶之分,也无同阶可言,因为
不存在.
1.3.7. 常用的等价无穷小
当
【注】使用时一般都要做广义化: 可将
替换为趋向于 0 的函数,请灵活使用. 【注】在应用等价无穷小时,只能用于乘除,不能用于加减 例如
的等价无穷小并不是 0,而是 即 即
1.3.8 无穷大的定义
如果当
无穷大同无穷小,也是一个极限过程
无穷大一定无界,但无界不一定是无穷大量
这是一个数学分析中的重要概念。我们来详细解释一下为什么“无穷大一定无界,但无界不一定是无穷大量”。
无穷大与无界的定义
无穷大:如果一个数列或函数在某个点处趋向于正无穷或负无穷,我们称其为无穷大。例如,数列
趋向于无穷大,因为当 时, 。 无界:如果一个数列或函数的取值范围在某个区间内没有上界或下界,我们称其为无界。例如,数列
是无界的,因为它的取值会随着 增大而变得越来越大,虽然它的值是正负交替的。
无穷大一定无界
无穷大的数列或函数意味着它的值会超过任何有限的数,所以它没有一个上界或下界。因此,无穷大的数列或函数一定是无界的。
举个例子,数列
无界不一定是无穷大量
无界的数列或函数只需要没有上界或下界,但它不一定在某个点上趋向于正无穷或负无穷。
举个例子,数列
总结
- 无穷大:意味着数列或函数趋向于正无穷或负无穷,一定是无界的。
- 无界:只意味着数列或函数没有上界或下界,但不一定趋向于正无穷或负无穷。
因此,无穷大一定是无界的,而无界不一定是无穷大的。
【注】无穷小与无穷大的关系.
在自变量的同一变化过程中,如果
为无穷大,则 为无穷小; 反之,如果 为无穷小, 且 ,则 为无穷大. 则 ↘用除法的新颖观点来理解“无穷”.
【例 1.19】 设
(A) 1 (B) 2
(C) 3 (D) 4
解 应选 (C). 当
因此选 (C).