二、函数与极限-极限

2.1引子

我们知道圆的面积公式是:


用多边形渐进推导:
在圆内做内接正多边形,多边形边数越多所围成面积越接近于圆的真实面积。设n为多边形边数,圆面积就是n->∞时多边形的面积。

多边形边数是正整数,以上案例体现了数列极限的思维,而数列极限是函数极限x->∞的特例。

几何理解:从几何上讲,f(x)在x->∞极限为A意义为:直线y=A为y=f(x)的水平渐近线。

2.2极限存在定义

定义1:对函数f(x),x->∞极限存在充分必要条件是x->+∞ 和x->-∞极限存在并且相等。
定义2:对函数f(x),x->x0极限存在充分必要条件是x->x0+和x->x0-极限存在并且相等。
注意:函数在某点x0是否存在极限,与在x0是否有定义或者取值都无关。可能在x0有定义但无极限,也可能无定义但有极限。


如上图f(0)=-1,但f(x)在x->0的极限为0。
定义3:夹逼定理。常用于数列极限求解。
定义4:单调有界数列必有极限。注:有界数列不一定有极限,有界+单调才可以。

2.3函数和数列极限的性质

函数极限性质:
①唯一性;
②局部有界性;
③局部保号性;
函数极限性质:
数列极限性质:数列极限是函数x->+∞特殊情况。

  • 如果数列收敛,那么极限唯一。
  • 如果数列收敛,那么数列有界。
  • 数列收敛的保号性。
  • 如果数列收敛于a,那么它的任一子列也收敛于a。

2.5极限求解

2.5.1利用基本极限公式求解




2.5.2利用极限有理运算求解

(1)如果limf(x)存在,c为常数,则limcf(x)=climf(x)。
(2)如果limf(x)存在,n为正整数,则limf(x)n=[limf(x)]n
(3)数列极限四则运算:



(4)有理多项式极限运算:

2.5.3利用等价无穷小代换求极限




2.5.4利用无穷小四则运算

(1)有限个无穷小和是无穷小。
(2)有界函数与无穷小乘积是无穷小。
(3)有限个无穷小乘积是无穷小。无穷小与无穷小的商要看分子分母谁趋于“零”快慢程度——无穷小的阶。

一个重要无穷大:


无穷小阶的性质:

2.5.5利用洛必达法则求解

2.5.6利用泰勒公式求解

2.5.7利用夹逼定理求解——通常用于数列极限

2.5.8利用单调有界性求极限

单调递减有下界——极限为下界
单调递增有上界——极限为上界

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