注:(i)中的“>”,“<”不能改为“≥”,“≤”。 在(ii)中,若0)(>x f ,未必有0>A 。
定义2:对0>?ε,0>?δ,当00x x x <<-δ时,[当δ+<<00x x x 时],有ε<-A x f )(.这时就称A 为)(x f 当0x x →时的左[右]极限,记为A x f x x =-→)(lim 0
或A x f =-)0(。
[A x f x x =+→)(lim 0
或A x f =+)0(0]。
定理2:A x f x f A x f x x x x x x ==?=+→-→→)(lim )(lim )(lim 0
000
。
定义3:设)(x f 当)0(>>a a x 时是有定义的,若对)(,0a X >?>?ε,当X x >时,有
ε<-A x f )(,
就称A 为)(x f 当∞→x 时的极限,记为A x f x =∞
→)(lim 或A x f →)((当∞→x 时)。
注: 1:设)(x f 在]),((),,[b a -∞+∞上有定义,若对0,0>?>?X ε,当)(X x X x -<>时,有
ε<-A x f )(,
就称A 为)(x f 当)(-∞→+∞→x x 时的极限,记为A x f x =+∞
→)(lim ,或A x f →)((当+∞→x )(A x f x =-∞
→)(lim ,或A x f →)((当-∞→x )
)。 2:A x f x f A x f x x x ==?=-∞
→+∞
→∞
→)(lim )(lim
)(lim 。
3:若A x f x =∞
→)(lim ,就称A y =为)(x f y =的图形的水平渐近线(若
A x f x =+∞
→)(lim 或A x f x =-∞
→)(lim ,有类似的渐近线)
。 六.无穷大与无穷小
定义:设α与β为x 在同一变化过程中的两个无穷小,
若0lim =α
β,就说β是比α高阶的无穷小,记为)(αβo =; 若∞=α
β
lim ,
,就说β是比α低阶的无穷小; 若0lim ≠=C α
β,
,就说β是比α同阶的无穷小;
若1lim =α
β
,就说β与α
是等价无穷小,记为βα~。
当0→x 时,2x 是x 的高阶无穷小,即)(2x o x = 在目前,常用当0→x 时,等价无穷小有:
2
2
1~cos 1,~arctan ,~arcsin ,~tan ,~sin x x x x x x x x x x -;
注 1:高阶无穷小不具有等价代换性,即:)(),(22x o x x o x ==,但)()(x o x o ≠,
因为)(?o 不是一个量,而是高阶无穷小的记号; 2.等价无穷小具有传递性:即γαγββα~~,~?
3.未必任意两个无穷小量都可进行比较,例如:当0→x 时,x
x 1sin 与2x 既非同
阶,又无高低阶可比较,因为2
1sin lim
x x
x x →不存在;
4.用等价无穷小可以简化极限的运算,事实上,有:
定理:若βαβα'',,,均为x 的同一变化过程中的无穷小,且ββαα''~,~,及?''α
βlim ,那么α
βα
β''=?lim lim 。
注:用等价无穷小代换适用于乘、除,对于加、减须谨慎!【但,并不是不能用!!】
代换后的结果如果没有在加减运算中消掉的话,就可以用!
例如:lim x→0
x+sinx x
,若是将sinx 换成x ,x 不会在加减运算中被消去,因此这个是可以用
的。
再例如:lim
x→0
x?sinx x 这个极限如果将sinx 换成x 就不行了,因为这个x 会在加减运算中
被消去,这个就不能。
【虽然这个方法成立,但是老师在改题的时候就不会想这么多,只要跟课上他讲的不一样就是错的,所以这个方法还是下来自己用好了】
while 的条件是while(scanf("%d",&n)==1) ,意思是成功输入一个n 就进入循环
定义1:对,0>?ε若)0(0>>?X δ,使得当)(00
X x x x <<-<δ时,有ε<)(x f 成
立,就称)(x f 为当)(0
+∞→→x x
x 时的无穷小,记为)0)(lim (0)(lim 0
==+∞
→→x f x f x x x 。
定理1:当自变量在同一变化过程0
x x →(或∞→x )中时:
(i )具有极限的函数等于其极限与一个无穷小之和,即:A 为)(x f 的极限A x f -?)(为无穷小。
(ii )若一函数可表示为一常数与无穷小之和,那么该常数就是其极限
定义2:若对)0(0,0>>?>?X M δ,使得当)(00X x x x ><-<δ时,有M x f >)(,就称)(x f 当)(0∞→→x x x 时的无穷大,记作:))(lim ()(lim 0
∞=∞=∞
→→x f x f x x x 。
6、无穷小量与无穷大量的概念
(1) 若0()
lim ()0x x x x α→∞
→=,即对0,0,εδ?>?>当0:0x x x δ
<
-<(或
x X
>)时
有()x αε<,则称当0()()x x x x α→→∞或,无穷小量
(2) 若0()
lim ()x x x f x →∞
→=∞
即对0,0(0),M X δ?>?>>或当0:0x x x δ
<
-<(或x X >)
时有
()f x M
>则称当0()()x x x f x →→∞或,无穷大量
7、无穷小量与有极限的量及无穷大量的关系,无穷小量的运算法则
(1)00()
()
lim ()()(),lim ()0
x x x x x x f x A f x A x x αα→∞→∞
→→=?=+=其中 (2)0
()()
1
lim ()0()0lim ()x x x x x x f x f x f x →∞→∞→→=≠?=∞() (3)0
()()
1lim ()lim 0
()x x x x x x g x g x →∞→∞→→=∞?= (4)0()
lim ()0,x x x f x M →∞
→=∞?>且当0:0x x x δ<-<(或
x X
>)时有()g x M ≤,
则0()
lim [()()]x x x f x g x →∞
→+=∞
(5)0()
lim ()00,x x x f x M →∞→=?>且当0:0x x x δ<-<(或
x X
>)时有()g x M ≤,
则0()
lim [()()]0
x x x f x g x →∞
→?=
(6)0()
lim ()0(1,2,,)
k x x x f x k n →∞
→==L 则01
()
lim ()0,n
k x k x x f x →∞=→=∑01
()lim ()0,n
k x k x x f x →∞
=→=∏
8、无穷小量的比较
000()
()
()
lim ()0,lim ()0,lim ()0→∞→∞→∞→→→===x x x x x x x x x f x g x x α
若(1)0()
()
lim
0,()
x x x f x C g x →∞→=≠,则称当0()x x x →→∞或时,()f x 与()g x 是同阶无穷小。 (2)0()
()
lim
1()
x x x f x g x →∞
→=,则称当0()x x x →→∞或时,()f x 与()g x 是等价无穷小,记作
()()f x g x :(0()x x x →→∞或)。 (3)0()
()
lim
0()
x x x f x g x →∞
→=,则称当0()x x x →→∞或时,()f x 是()g x 是高阶无穷小,记作()(())f x o g x =(0()x x x →→∞或)
。 (4)0M ?>0
0(,)x U x δ?∈(或
x X
>),有
()
()
f x M
g x ≤,
则记()(())f x O g x =(0()x x x →→∞或) (5)0
()
()
lim
0(0)[()]k
x x x f x C k x α→∞→=≠>,则称当0()x x x →→∞或时,()f x 是()x α是k 阶无穷
小,
定理6:如果)()(x x ψ?≥,且b x a x ==)(lim ,)(lim ψ?,则b a ≥。
【例10】证明[][]x x
x x ,1lim =∞
→为x 的整数部分。 证明:先考虑[][]x x x x x -=-1,因为[]x x -是有界函数,且当∞→x 时,01→x
,所
以[][][]1lim
0)1(lim 0lim =?=-?=-?∞→∞→∞→x x x
x x x x x x x 。 例9】求)21(lim 222
n
n n n n +++
∞
→ΛΛ。
解:当∞→n 时,这是无穷多项相加,故不能用§1.6定理3,先变形: 原式2121lim 2)1(1lim )21(1lim
22=+=+?=+++=∞→∞→∞→n n n n n
n n n n n ΛΛ。
准则I :如果数列n n n z y x ,,满足下列条件:
(i )对n
n n
z x y n ≤≤?,; (ii )a
z y
n n n
n ==∞
→∞
→lim lim
那么,数列n x 的极限存在,且a x n
n =∞
→lim 。
证明:因为a z y n n n n ==∞→∞→lim lim ,所以对0,01>?>?N ε,当1N n >时,有ε<-a y n ,即 εε+<<-a y a n ,对2N ?,当2N n >时,有ε<-a z n ,即εε+<<-a z a n ,又因为n n n z x y ≤≤,所以当},{21N N Max N n =>时,有εε+<≤≤<-a z x y a n n n ,
即有:εε+<<-a x a n ,即ε<-a x n ,所以 a x n n =∞
→lim 。
第一个重要极限:1sin lim 0=→x
x
x 证明:作单位圆,如下图:
设x 为圆心角AOB ∠,并设20π
<1
21sin 21<<,
即 x x x tan sin <<, 1sin cos cos 1
sin 1<<
?<
<
?x
x
x x
x x (因为2
0π
<
当x 改变符号时,x x
x sin ,cos 及1的值均不变,故对满足2
0π<x 。
又因为2
1421)2(sin 21)cos 1(1cos 2
22
x x x x x -=?->-=--=,
所以 1cos lim 1cos 2
10
2
=?<<-→x x x x
而1sin lim
1
1lim cos lim 00
=?==→→→x
x
x x x x , 【例1】1
sin 1
lim sin lim sin lim 00arcsin 0===→→=→t
t t t x
x c t t x t x 令。 【例2】1sin lim )sin(lim sin lim 0-=-=--=-→-=→→t
t x x x x t x t x x ππππππ。
【例3】3113cos 133sin 3lim 3tan lim 00=??=??=→→x
x x x x x x 。 【例4】21)2
2sin
(lim 21)2(sin 2lim cos 1lim 2022
020=?==-→→→x x
x
x x x x x x 。 准则Ⅱ:单调有界数列必有极限
作为准则Ⅱ的一个应用,下面来证明极限x
x x
)11(lim +∞
→是存在的。
先考虑x 取正整数时的情形:n n n
)11(lim +∞
→
对于0>>a b ,有不等式:
n n n b n a
b a b )1(1
1+<--++,即:)()1(11a b b n a b n n n -+<-++, 即:])1[(1nb a n b a n n -+>+
(i )现令n b n a 1
1,111+=++
=,
显然0>>a b ,因为1)1(11)1(=+-++=-+n n nb a n 将其代入,所以n n n n )11()111(1+>+++,所以})1
1{(n n
+为单调数列。
(ii )又令1=a ,2
1
)21(1)1(,
211=+-+=-+?+=n n nb a n n b 所以n n n n )211(221)211(1+>??
+> n n
2)21
1(4+>?, 即对4,2
211()1211(2
212<++<++?++n n n n
所以{n n
)1
1(+}是有界的。
由准则Ⅱ或Ⅱ′知 n x n )1
1(lim +∞→存在,并使用e 来表示,即ΛΛ590457182818284.2)11(lim ==+∞→e n
n x
Cauchy 极限存在准则:数列n x 收敛?对N ?>?,0ε,当N m N n >>,时,有
ε<-m n x x 。
七. 极限存在的准则
(i )夹逼准则 给定数列{},{},{}n n n x y z
若①0,n N +?∈当0n n >时有n n n y x z ≤≤
②lim lim n
n n n y z a →∞
→∞
==,
则lim n n x a →∞
= 给定函数(),(),()f x g x h x ,
若①当0
0(,)x U x r ∈(或
x X
>)时,有()()()g x f x h x ≤≤
②00()
()
lim ()lim ()x x x x x x g x h x A →∞→∞
→→==, 则0()
lim ()x x x f x A →∞
→= (ii )单调有界准则
给定数列{}n x ,若①对n N +
?∈有11()n
n n n x
x x x ++≤≥或②()M m ?使对n N +?∈有
()n n x M x m ≤≥或则lim n n x →∞
存在
若
()f x 在点0x 的左侧邻域(或右侧邻域)单调有界,则0
lim ()x x f x -→(或
0lim ()x x f x +
→)存在
八. 极限的运算法则
(1)若0()
lim ()x x x f x A →∞
→=,0()
lim ()x x x g x B →∞→=
则(i)0()
lim [()()]x x x f x g x A B →∞
→±=±
(ii)0()
lim [()()]x x x f x g x A B
→∞
→?=?
(iii)0
()
()lim ()x x x f x A g x B →∞→=?(0B ≠) (2)设(i )
0()lim ()x x u g x g x u →==且(ii )当0
0(,)x U x δ∈时0()g x u ≠ (iii )0
lim ()u u
f u A →=
则0
lim [()]lim ()x x u u f g x f u A →→==
九. 两个重要极限
(1)
0sin lim 1x x
x
→=()0sin ()lim 1()
u x u x u x →= sin lim 0x x x ∞→=,1lim sin 1x x x
→∞=,01
lim sin 0x x x →= (2)1lim 1x
x e x →∞?
?+= ???)
()(1lim 1;()x u u x e u x →∞??+= ???
10
lim(1)x
x x e
→+=()
()0
1()
lim 1();v x x v v x e →+=
十.函数的连续性与间断点
定义 1:设)(x f y =在0
x 的某邻域内有定义,若)()(lim
00
x f x f x x =→,就称函数
)(x f y =在0x 点处连续。
注 1:)(x f 在0x 点连续,不仅要求)(x f 在0x 点有意义,)(lim 0
x f x x →存在,而且要)()(lim 00
x f x f x
x =→,即极限值等于函数值。
2:若)()0()(lim 00
x f x f x f x x =-=-←→,就称)(x f 在0x 点左连续。若)()0()(lim 00
x f x f x f x x =+=+
→,
就称)(x f 在0x 点右连续。
3:如果)(x f 在区间I 上的每一点处都连续,就称)(x f 在I 上连续;并称)(x f 为I 上的连续函数;若I 包含端点,那么)(x f 在左端点连续是指右连续,在右端点连续是指左连续。
定义1ˊ:设)(x f y =在0
x 的某邻域内有定义,若对0,0>?>?δε,当
δ
<-0x x 时,有ε<-)()(0
x f x f ,就称)(x f 在0
x 点连续。
下面再给出连续性定义的另一种形式:
先介绍增量:变量u 由初值1u 变到终值2u ,终值2u 与初值1u 的差12u u -称为u 的增量,记为u ?,即12u u u -=?;u ?可正、可负、也可为零,这些取决于1u 与2u 的大小。 我们称0x x -为自变量x 在0x 点的增量,记为x ?,即0x x x -=?或x x x ?+=0;
00→??→x x x 相应函数值差,)()(0x f x f -称为函数)(x f 在0x 点的增量,记为y ?,即00)()(y y x f x f y -=-=?,即y x f x f ?+=)()(0或y y y ?+=0, 00)()()()(000→??→-?+?→y x f x x f x f x f 。
定义1″:设)(x f y =在0x 的某邻域内有定义,若当0→?x 时,有0→?y ,即0lim 0
=?→?y x ,
或0)]()([lim 000
=-?+→?x f x x f x ,就称)(x f 在0x 点连续。 定理:)(x f 在0
x 点连续)(x f ?在0
x 点既左连续,又右连续。
归纳:(1)∞=→)(lim 0
x f x
x ,0x 为无穷间断点;
(2))(lim 0
x f x
x →震荡不存在,0
x 为震荡间断点; (3))()(lim 00
x f A x f x
x ≠=→,0x 为可去间断点;
(4))(lim )(lim 0
00
x f x f x x x x +→-→≠,0
x 为跳跃间断点。 如果)(x f 在间断点0x 处的左右极限都存在,就称0x 为)(x f 的第一类间断点,显然它包含(3)、(4)两种情况;否则就称为第二类间断点。
十一.连续函数的运算与初等函数的连续性:
(1) 函数连续的定义
设()y f x =在点0x 及其邻域()U x 内有定义,若 (i )0000
lim lim[()()]0x x y f x x f x ?→?→?=+?-=
或(ii )0
0lim ()()x
x
f x f x →= 或(iii )0,0,εδ?>?>当0:x x x δ-<时,有0()().f x f x ε-< 则称函数()y f x =在点0x 处连续
设()y f x =在点00(,]x x δ-内有定义,若00lim ()()x x f x f x -
→=,则称函数()y f x =在点0x 处左
连续,
设()y f x =在点00[,)x x δ+内有定义,若00lim ()()x x f x f x +
→=,则称函数()y f x =在点0x 处右
连续
若函数()y f x =在(,)a b 内每点都连续,则称函数()y f x =在(,)a b 内连续
若函数()y f x =在(,)a b 内每点都连续,且lim ()()x a f x f a +
→=,lim ()()x b f x f b -
→=,则称函数
()y f x =在[,]a b 上连续,记作()[,]f x C a b ∈
(2) 函数的间断点
设()y f x =在点0x 的某去心邻域()o
U x 内有定义 若函数()y f x =: (i )在点0x 处没有定义
(ii )虽然在0x 有定义, 但0
lim x x →f (x )不存在;
(3)虽然在0x 有定义且0
lim x x →f (x )存在, 但0
lim x x →f (x )≠f (0x );
则函数f (x )在点0x 为不连续, 而点0x 称为函数f (x )的不连续点或间断点。 设点0x 为()y f x =的间断点,
(1)000lim ()lim ()()x x x x f x f x f x +
-
→→?≠,则称点0x 为()y f x =的可去间断点,若(2)
00
lim ()lim ()x x x x f x f x +
-?
→→≠,则称点0x 为()y f x =的跳跃间断点,
可去间断点与跳跃间断点统称为第一类间断点
(3)00lim ()lim ()x x x x f x f x +
-
→→=∞=∞或则称点0x 为()y f x =的无穷型间断点,
(4)若00lim ()lim ()x x x x f x f x +
-
→→或不存在且都不是无穷大,则称点0x 为()y f x =的振荡型间断
点,
无穷间断点和振荡间断点统称为第二类间断点
11、连续函数的运算
(1) 连续函数的四则运算
若函数()f x ()g x 在点0x 处连续
则0()
()(),()(),
(()0)()
f x f x
g x f x g x g x g x ±?≠在点0x 处也连续 (2) 反函数的连续性,
若函数()y f x =在区间x I 上单调增加(或单调减少)且连续,则其反函数1()x f y -=在其对应的区间{(),}y x I y y f x x I ==∈上也单调增加(或单调减少)且连续。
(3) 复合函数的连续性
设函数[()]y f g x =由函数(),()y f u u g x ==复合而成,0()f g U x D ?o ,
若(1)0
lim ()(lim ()())x x x x g x u g x g x u →→===或
(2)0
lim ()()u u f u f u →=则0
lim [()][lim ()]()x x x x f g x f g x f u →→==
(或0
lim [()][lim ()][()]()x x x x f g x f g x f g x f u →→===)
(4) 初等函数的连续性
一切初等函数在其定义区间内都是连续的 (5) 闭区间上连续函数的性质
( i )有界性 若()[,]f x C a b ∈,则()y f x =在[,]a b 上有界
(ii )最大值、最小值定理,若()[,]f x C a b ∈,则()y f x =在[,]a b 上一定有最
大值和最小值
(iii )零点性 若()[,]f x C a b ∈,且()()0f a f b <则至少存在一点(,)a b ξ∈使得()0f ξ= (iv )介值性 若()[,]f x C a b ∈,且()()f a f b ≠,μ是介于(),()f a f b 之间的任一值,
则至少存在一点(,)a b ξ∈使得()f ξμ=