数列极限
对 ∀ε>0∀ε>0,总有当 n > N 时, |xn−A|<ε|xn−A|<ε,则 A 是 {xn}{xn} 的极限
- {xn}{xn} 收敛,则它的任意子序列都收敛,且极限相同
- 逆否:任一子序列发散 ⇒⇒ 原序列发散
- 两个子序列极限不同,则原序列发散。如:(−1)n(−1)n
性质
- 惟一:极限存在 ⇒⇒ 极限惟一
- 有界:极限存在 ⇒⇒ 数列有界(即 |xn|≤M|xn|≤M)
- 保号:极限 > 0,则 n > N 时 xn>0xn>0;极限 < 0,…
四则运算
limxn=a,limyn=blimxn=a,limyn=b,都存在时!
- lim(xn±yn)=limxn±limyn=a+blim(xn±yn)=limxn±limyn=a+b
- limxnyn=limxn⋅limyn=ablimxnyn=limxn⋅limyn=ab
- b≠0,yn≠0,limxnyn=abb≠0,yn≠0,limxnyn=ab
判极限存在
- 夹逼:xn≤yn≤znxn≤yn≤zn,且 limxn=limzn=A⇒limyn=Alimxn=limzn=A⇒limyn=A
函数极限
类似数列,换成邻域
趋向
- x→∞x→∞ 即 x→−∞x→−∞ 和 x→+∞x→+∞
- x→x0x→x0 即 x→x−0x→x0− 和 x→x+0x→x0+
性质
- 惟一
局部
有界,即邻域内有界局部
保号,邻域内保号
四则运算
类似数列,极限都存在才能拆!
- 线性组合的极限 = 极限的线性组合
- 乘积的极限 = 极限的乘积
- lim[f(x)]n=[limf(x)]nlim[f(x)]n=[limf(x)]n
- 比值的极限 = 极限的比值
无穷
无穷大和无穷小互为倒数(除了 0 不当分母)→→ 倒代换,趋 ∞∞ 换成趋 0,可以用等价无穷小、泰勒展开
无穷小比阶
- limα(x)β(x)=0→α(x)limα(x)β(x)=0→α(x) 比 β(x)β(x)
高
阶(趋 0 更快) - limα(x)β(x)=C≠0→limα(x)β(x)=C≠0→ 更
低
阶(趋 0 更慢) - limα(x)β(x)=1→limα(x)β(x)=1→
等价无穷小
,α(x)α(x) ~ β(x)β(x) - limα(x)[β(x)]k=C≠0→limα(x)[β(x)]k=C≠0→ k 阶无穷小
无穷小运算
有限个
无穷小求和 / 乘积是无穷小- 无穷小 ×× 有界 = 无穷小
- o(xm)±o(xn)=o(xmin{m,n} )o(xm)±o(xn)=o(xmin{m,n} ),加减 →→ 低吞高
- o(xm)⋅o(xn)=o(xm+n)o(xm)⋅o(xn)=o(xm+n),乘 →→ 阶数叠加
- xm⋅o(xn)=o(xm+n)xm⋅o(xn)=o(xm+n)
- k⋅o(xm)=o(xm),k≠0→k⋅o(xm)=o(xm),k≠0→ 常数无效
等价无穷小
x→0x→0 时
- sin x ~ x
- tan x ~ x
- arcsin x ~ x
- arctan x ~ x
- ln(1+x)ln(1+x) ~ x( loga(1+x)loga(1+x) ~ xlnaxlna)
- ex−1ex−1 ~ x
- ax−1ax−1 ~ x⋅lnax⋅lna
- 1 - cos x ~ 12x212x2
- (1+x)a−1(1+x)a−1 ~ ax
泰勒公式
x→0x→0
- sinx=x−x33!+o(x3)sinx=x−x33!+o(x3)
- arcsinx=x+x33!+o(x3)arcsinx=x+x33!+o(x3)
- cosx=1−x22!+x44!+o(x4)cosx=1−x22!+x44!+o(x4)
- tanx=x+x33+o(x3)tanx=x+x33+o(x3)
- arctanx=x−x33+o(x3)arctanx=x−x33+o(x3)
- ln(1+x)=x−x22+x33+o(x3)ln(1+x)=x−x22+x33+o(x3)
- ex=1+x+x22!+x33!+o(x3)ex=1+x+x22!+x33!+o(x3)
- (1+x)a=1+ax+a(a−1)2!+o(x2)(1+x)a=1+ax+a(a−1)2!+o(x2)
求极限
夹逼、洛必达
洛必达
- 0000 或 ∞∞∞∞
- 上下
分别
求导,而不是
分式求导 - 可多次使用(满足条件的话)
- 求出来是
存在或无穷大
(无穷大是特殊的存在),则原来就是存在或无穷大
- 求出来不存在(振荡),则原式
未必不
存在(洛必达失效)
连续
Δx→0时,limΔy=lim[f(x0+Δx)−f(x0)]=0Δx→0时,limΔy=lim[f(x0+Δx)−f(x0)]=0
间断点
- 第一类:两端极限都存在
- 可去:左极限 = 右极限
- 跳跃:左极限 ≠≠ 右极限
- 第二类:极限不存在
- 无穷
- 振荡
极限定义的本质
任意正数 εε 的形式不重要,关键是它要能任意小
,如:
- |f(x)−A|<eε|f(x)−A|<eε 就
不行
,因为 eεeε 必大于 1,不能任意小
- |f(x)−A|<12N|f(x)−A|<12N(N 是正整数)就可以,因 12N12N 能任意小
函数在区间上有界
- f(x) 在 [ a,b ] 上连续,则 f(x) 在 [ a,b ] 上有界
- f(x) 在(a,b) 上连续,且 limx→a+f(x)limx→a+f(x) 和 limx→b−f(x)limx→b−f(x) 存在,则 f(x) 在(a,b)上有界
特殊点:
- 间断点
- 无定义点(分母为 0)
- ±∞±∞(这个易漏)
算数列极限
- 放缩 + 夹逼
- 放缩成通项相同的
limn→∞(nn2+1+nn2+2+⋯+nn2+n)limn→∞(nn2+1+nn2+2+⋯+nn2+n) - 放缩成通项不同,但易求和的
limn→∞(1n2+n+1+1n2+n+2+⋯+1n2+n+n)limn→∞(1n2+n+1+1n2+n+2+⋯+1n2+n+n)
- 放缩成通项相同的
- 凑积分定义
limn→∞(1n+1+1n+2+⋯+1n+n)limn→∞(1n+1+1n+2+⋯+1n+n) - 级数
- 先导后积、先积后导
- 套级数求和公式(无中生有一个 x)
limn→∞(12+322+⋯+2n−12n)limn→∞(12+322+⋯+2n−12n) - 逆用级数收敛必要条件
limn→∞2nn!limn→∞2nn!
- 给出递推式
- 证极限存在:单调、有界
- 设极限为 A,对递推式两边取极限:xnxn 和 xn−1、xn−2xn−1、xn−2 等都是趋向 A,得到 A 的等式
两种放缩
对和式 ∑ni=1ui=u1+⋯+un∑i=1nui=u1+⋯+un 放缩
- n 无穷大
n⋅umin≤∑ni=1ui≤n⋅umaxn⋅umin≤∑i=1nui≤n⋅umax - n 有限,且 ui≥0ui≥0
1⋅umax≤∑ni=1ui≤n⋅umax1⋅umax≤∑i=1nui≤n⋅umax
主要是根据谁在和式中“起决定性作用”
[例]
求 f(x)=limn→∞1+xn+(x22)n−−−−−−−−−−−−−√n(x≥0)f(x)=limn→∞1+xn+(x22)nn(x≥0) 的表达式
算函数极限
- 00,∞∞,0⋅∞00,∞∞,0⋅∞
倒代换
:头轻脚重 “ΔΔ” →→ 头重脚轻 “∇∇”有理化
:根号差- 符号问题:x<0,x2−−√=|x|=−xx<0,x2=|x|=−x
若 x 是负数,要把根号外的 x 放进根号内,要添负号,或作换元 t = -x。例:limx→−∞4x2+x+1√+x+1x2+sinx√limx→−∞4x2+x+1+x+1x2+sinx - 等价无穷小的
广义化
例:lnx=ln(1+x−1)lnx=ln(1+x−1) ~ x−1 (x→1)x−1 (x→1)
- ∞−∞∞−∞
- 本身有分母:通分
- 没分母:提公因式、倒代换 →→ 产生分母
- ∞0,00,1∞∞0,00,1∞
- 幂指函数:变形,都放到 e 的指数上
- 重要极限:
强行凑 1
泰勒公式
- ABAB 型:
上下同阶
。保证展开后,分子的无穷小项 o(xk)o(xk) 是分母的高阶无穷小 - A−BA−B 型:
幂次最低
。直到系数不等的 x 的最低幂次
分母的泰勒展开:本质是用 A - B 型,构造差函数的等价无穷小(注意幂次最低原则),无穷小项直接扔掉,如 x−sinxx−sinx ~ 16x316x3。
可先用泰勒展开再平方,如:sin2x=[x−x33!+o(x3)]2sin2x=[x−x33!+o(x3)]2
已知极限,求另一极限
凑所求极限式
- 若没告诉你已知极限值是多少,却问另一个极限的具体值,可乘个无穷小让已知极限变 0
例:limx→0x−sinx+f(x)x4limx→0x−sinx+f(x)x4 存在,则 limx→0x3f(x)=?limx→0x3f(x)=?
此时可:limx→0x−sinx+f(x)x4⋅x=0→limx→0x−sinx+f(x)x4⋅x=0→ 创造具体值
重要结论
在 x 的同一趋向过程:
- limf(x)g(x)limf(x)g(x) 存在,则 limg(x)=0⇒limf(x)=0limg(x)=0⇒limf(x)=0
- limf(x)g(x)=C≠0limf(x)g(x)=C≠0,则 limf(x)=0⇒limg(x)=0limf(x)=0⇒limg(x)=0
同时趋向问题
- limx→0[(1+1x)x]x≠limx→0exlimx→0[(1+1x)x]x≠limx→0ex
没有
这种极限运算法则!
等价无穷小的本质是极限乘法,不违反同时趋向
函数连续、间断的概念
举反例
- (类)狄利克莱函数
断点类型
- 无定义点
- 分段点
已知连续,求参数
左极限 = 右极限