极限是微积分中的基础概念,它指的是变量在一定的变化过程中,从总的来说逐渐稳定的这样一种变化趋势以及所趋向的值(极限值)。极限的概念最终由柯西和魏尔斯特拉斯等人严格阐述。在现代的数学分析教科书中,几乎所有基本概念(连续、微分、积分)都是建立在极限概念的基础之上。
极限符号:取极限:limn→∞1n=0
表示当n无限趋近于正无穷时。1/n趋近于0.
数列极限:
定义:数列是按照正整数顺序排列的无穷多个数:y1,y2,y3,...,yn,...
简记为{yn},其中数列第n项,yn为该数列的通项。
数列其实是一种特殊的函数:yn=f(n)而我们要研究的是,当 {yn}的项数n无限增大时,{yn}
的变化趋势
给定一个数列{yn},如果当n无限增大时,其通项yn无限的趋近于某个常数A,则称数列{yn}以A为极限,记作:limn→∞yn=A或yn→A(n→∞)
当数列{yn}以A为极限时,称数列{yn}收敛于A,此时也称数列{yn}收敛于A,如果{yn}不收敛于任何常数,则称数列{yn}是发散数列。
例子:{yn}=1n
收敛于0,{yn}=nn+1
收敛于1. {yn}=(−1)n+1
没有极限,数列{yn}是发散的。
函数极限:对于函数的极限,根据自变量的变化过程可以分为两种情形:
自变量趋于无穷大的极限;
自变量趋于定点的极限;
(一)自变量趋于无穷大的极限:
x→+∞表示x沿着x轴正半轴趋于正无穷;
x→−∞表示x沿着x轴负半轴趋于负无穷;
x→∞ 表示x沿着x轴任意方向趋于无穷;
定义:设函数f(x)在区间[a,+∞)上有定义,A为常数,如果当x→+∞时,函数值 f(x)无限趋近于常数A,则称当x→+∞时,f(x)以A为极限。记作limx→+∞f(x)=A或f(x)→A(x→+∞)
设函数f(x)在区间(−∞,a]上有定义,A为常数,如果当x→−∞时,函数值 f(x)无限趋近于常数A,则称当x→−∞时,f(x)以A为极限。记作limx→−∞f(x)=A或f(x)→A(x→−∞)
设函数f(x)在区间|x|>a上有定义,A为常数,如果当x→∞时,函数值 f(x)无限趋近于常数A,则称当x→∞时,f(x)以A为极限。记作limx→∞f(x)=A或f(x)→A(x→∞);(应当注意,∞包含+∞和-∞两种情况讨论.如 limx→∞1x3=0)
由如上定义可知: limx→∞f(x)=A
存在的条件 为:limx→∞f(x)=limx→+∞f(x)=limx→−∞f(x)=A
(二)自变量趋于定点的极限:x→x+0
表示x从x0的左侧无限趋近于x0,此时x<x0
x→x−0
表示x从x0的右侧无限趋近于x0,此时x>x0
x→x0表示x从x0的左右两侧无限趋近于x0
注意: x是一个变化的量,是动点,x0是一个常数.
上述的三个变化过程中,x≠x0
例题:
1.讨论当x→1时,y = 3x-1的变化趋势:
解法很简单,由于是一个一次函数,可以直接得出,(3x−1)→2,x→1
2.讨论当x→1时,y=x2−1x−1的变化趋势:
解法:由于x→1可以得到 x−1→0,但x−1≠0,所以∵x+1≠0∴y=x2−1x−1=(x+1)(x−1)x−1=x+1
故 limx→1(x2−1x−1)=2
定义:设函数f(x)在x的邻域有定义(无所谓x是否有x=x0的定义),A为常数,如果当x→x0,x≠x0时,函数值 f(x)无限趋近于常数A,则称当x→x0时,f(x)以A为极限。记作limx→x0f(x)=A或f(x)→A(x→x0)
左、右极限: A为常数,如果当x→x−0,x≠x0
时,函数值 f(x)无限趋近于常数A,则称当x→x0时,f(x)以A为左极限。记作limx→x−0f(x)=A或f(x)→A(x→x−0)
A为常数,如果当x→x+0,x≠x0
时,函数值 f(x)无限趋近于常数A,则称当x→x0时,f(x)以A为右极限。记作limx→x+0f(x)=A或f(x)→A(x→x+0)
定理:limx→x0f(x)=A
存在的必要条件是:limx→x0f(x)=limx→x+0f(x)=limx→x−0f(x)=A