数列极限

定义

\forall \varepsilon>0,\exist N>0,当n>N时,有|x_n-A|<\varepsilon

性质

1、唯一性

2、收敛数列的(整体)有界性:如果{x_n}收敛,那么数列{x_n}一定有界

3、收敛数列的(局部)保号性:如果lim_{n \to \infty}x_n=a且a>0(或a<0),那么存在正整数N,n>N时,$$都有x_n>0(或x_n<0)

推论:如果数列{x_n}从某项起有x_n\geq 0(或x_n \leq 0),且lim_{x \to \infty}x_n=a,那么a\geq 0(或a\leq 0)

PS:若lim_{x \to \infty}x_n=a,则lim_{n \to \infty}|x_n|=|a|,反之不成立

数列与子数列

子数列定义:

X_n=\frac{1}{1},\frac{1}{2},\frac{1}{3},\frac{1}{4},……

双生子数列:X_{2n}:\frac{1}{2},\frac{1}{4},\frac{1}{6},……\frac{1}{2n}……

      X_{2n-1}=\frac{1}{1},\frac{1}{3},\frac{1}{5}……\frac{1}{2n-1}……

三生子数列:X_{3n}=\frac{1}{3},\frac{1}{6},\frac{1}{9},……

      X_{3n-1}=\frac{1}{2},\frac{1}{5},\frac{1}{8},……

      X_{3n-2}=\frac{1}{1},\frac{1}{4},\frac{1}{7},……

数列与子数列的关系:

1、若{X_n}收敛,则它所有子数列都收敛

 数列极限转化为函数极限的依据,即可以看做数列极限是函数极限的子数列

2、lim_{n \to \infty}X_{2n}=lim_{n \to \infty}X_{2n-1}=A\ \ \ 则lim_{n \to \infty}X_n=A

lim_{n \to \infty}X_{3n}=lim_{n \to \infty}X_{3n-1}=lim_{n \to \infty}X_{3n-2}=A\ \ \ 则lim_{n \to \infty}X_{n}=A

3、{X_n}的收敛性与前有现象无关,lim_{n \to \infty}X_{n}=lim_{n \to \infty}X_{x+k}

 应用于递推数列求极限

数列极限与函数极限的关系

当数列极限是未定式时,可以将数列极限转化为函数极限

数列极限不适用洛必达

数列极限存在

夹逼准则:

y_n \leq x_n \leq z_n,且lim_{n \to \infty}y_n=lim_{n \to \infty}z_n=a,则lim_{n \to \infty}x_n=a

单调有界准则

适用范围:递推数列

计算方法:

==1、用适当的方法(一般时单调有界准则)说明极限存在==

PS:若{x_n}单调且有界,则{x_n}收敛,记做lim_{n \to \infty}x_n=A存在

 {x_n}单调递增,证明有上界

 {x_n}单调递减,证明有下界

2、对x_{n+1}=f(x_n)两边取极限得A=f(A),解方程得A

证明有界:

1、数学归纳法:x_n>a或x_n>a,a一般为极限x_{n+1}=f(x_n)

2、常见函数的定义域与值域:lnx\to x>0 \sqrt{f(x)}\geq 0

3、常用不等式:x>0,\frac{x}{1+x}<ln(a+x)<x

       x>0,x<e^x-1<xe^x

       0<x<\frac{\pi}{2},sinx<x<tanx

       x>0,sinx<x

       a>0,b>0,c>0,\sqrt{ab}\le \frac{a+b}{2}

       x>0,x+\frac{1}{x} \ge 2

证明单调:

1、作减:x_{n+1}-x_n=f(x_n)-x_n \begin{cases} \ge 0 \ \ \uparrow \\ \le 0 \ \ \downarrow \end{cases}

2、作比:\frac{x_{n+1}}{x_n}=\frac{f(s_n)}{x_n}\begin{cases} \ge 1 \ \ \uparrow \\ \le 1 \ \ \downarrow \end{cases}

3、结论:设x_{n+1}=f(x_n),x\in I,引入辅助函数f(x),x \in I

     (1)若f'(x) >0,x \in I,则{x_n}单调

      x_1<x_2\Rightarrow {x_n}\ \ \uparrow

      x_1>x_2 \rightarrow {x_2} \downarrow

     (2)若f'(x)<0,x \in I,则{x_n}不单调

连续与间断

连续定义

f(x)在x_0处连续:lim_{x \to x_0}f(x)=f(x_0)

      f(x_0^-)=f(x_0)=f(x_0^+)——单侧极限

PS:1、f(x)在(a,b)内连续

2、f(x)在[a,b]上连续:f(x)在(a,b)内连续,在x=a右连续,x=b左连续

连续性质

初等函数在其定义区间上必连续

初等函数:常数、反对幂三指经过有限次的+-*/复合变成的一个式子时初等函数

定义区间:定义域的子区间

间断定义

lim_{x \to x_0}f(x)=f(x_0)不成立,则x=x_0是间断点

间断分类

第一类间断点

可去间断点

lim_{x \to x_0}f(x)=A,极限存在

补充定义可使之连续

跳跃间断点

f(x_0^-)=A \not = f(x_0^+)=B

第二类间断点

除第一类以外的间断点(不止无穷、震荡间断点)

无穷间断点

lim_{x \to x_0}f(x)=\infty

==单侧极限为\infty也可以==

震荡间断点

lim_{x \to x_0}f(x)震荡不存在

eg. x=0是sin\frac{1}{x}的一个震荡间断点

间断点分辨

初等函数的间断点判别

1、列出无定义点

2、求极限

分段函数间断点判别

1、列出分段点

2、求极限,并与函数值比较

第一章小结

函数极限

等价无穷小、极限四则运算、洛必达、泰勒

\frac{0}{0}、\frac{\infty}{\infty}、0*\infty、\infty-\infty、0^0、\infty^0

数列极限

x_n=f(n)

未定式时转化为函数极限

夹逼准则

x_{n+1}=f(x_n):

单调有界准则

连续间断

间断的分类

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