高数提纲 - 极限,连续

数列极限

ε>0∀ε>0,总有当 n > N 时, |xnA|<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=alimyn=blimxn=a,limyn=b都存在时!

  • lim(xn±yn)=limxn±limyn=a+blim(xn±yn)=limxn±limyn=a+b
  • limxnyn=limxnlimyn=ablimxnyn=limxn⋅limyn=ab
  • b0yn0limxnyn=abb≠0,yn≠0,limxnyn=ab

判极限存在

  • 夹逼:xnynznxn≤yn≤zn,且 limxn=limzn=Alimyn=Alimxn=limzn=A⇒limyn=A

函数极限

类似数列,换成邻域

趋向

  • xx→∞xx→−∞x+x→+∞
  • xx0x→x0xx0x→x0−xx+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)=0α(x)limα(x)β(x)=0→α(x)β(x)β(x) 阶(趋 0 更快)
  • limα(x)β(x)=C0limα(x)β(x)=C≠0→阶(趋 0 更慢)
  • limα(x)β(x)=1limα(x)β(x)=1→ 等价无穷小α(x)α(x) ~ β(x)β(x)
  • limα(x)[β(x)]k=C0limα(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{mn} )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
  • xmo(xn)=o(xm+n)xm⋅o(xn)=o(xm+n)
  • ko(xm)=o(xm)k0k⋅o(xm)=o(xm),k≠0→ 常数无效

等价无穷小

x0x→0

  • 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) ~ xlnaxln⁡a
  • ex1ex−1 ~ x
  • ax1ax−1 ~ xlnax⋅ln⁡a
  • 1 - cos x ~ 12x212x2
  • (1+x)a1(1+x)a−1 ~ ax

泰勒公式

x0x→0

  • sinx=xx33!+o(x3)sin⁡x=x−x33!+o(x3)
  • arcsinx=x+x33!+o(x3)arcsin⁡x=x+x33!+o(x3)
  • cosx=1x22!+x44!+o(x4)cos⁡x=1−x22!+x44!+o(x4)
  • tanx=x+x33+o(x3)tan⁡x=x+x33+o(x3)
  • arctanx=xx33+o(x3)arctan⁡x=x−x33+o(x3)
  • ln(1+x)=xx22+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(a1)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∞∞
  • 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

Δx0limΔy=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不行,因为 eε 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 limxa+f(x)limx→a+f(x)limxbf(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)
  • 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++2n12n)limn→∞(12+322+⋯+2n−12n)
    • 逆用级数收敛必要条件
      limn2nn!limn→∞2nn!
  • 给出递推式
    1. 证极限存在:单调、有界
    2. 设极限为 A,对递推式两边取极限:xnxnxn1xn2xn−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
    numinni=1uinumaxn⋅umin≤∑i=1nui≤n⋅umax
  • n 有限,且 ui0ui≥0
    1umaxni=1uinumax1⋅umax≤∑i=1nui≤n⋅umax

主要是根据谁在和式中“起决定性作用”
[例]f(x)=limn1+xn+(x22)nnx0f(x)=limn→∞1+xn+(x22)nn(x≥0) 的表达式

算函数极限
  • 00000,∞∞,0⋅∞
    • 倒代换:头轻脚重 “ΔΔ 头重脚轻 “
    • 有理化:根号差
    • 符号问题:x<0x2=|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:limx4x2+x+1+x+1x2+sinxlimx→−∞4x2+x+1+x+1x2+sin⁡x
    • 等价无穷小的广义化
      例:lnx=ln(1+x1)ln⁡x=ln⁡(1+x−1) ~ x1 (x1)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
  • 0001∞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
  • ABA−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 xsinxx−sin⁡x ~ 16x316x3
可先用泰勒展开再平方,如:sin2x=[xx33!+o(x3)]2sin2⁡x=[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:limx0xsinx+f(x)x4limx→0x−sin⁡x+f(x)x4 存在,则 limx0x3f(x)=?limx→0x3f(x)=?
    此时可:limx0xsinx+f(x)x4x=0limx→0x−sin⁡x+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)=0limf(x)=0limg(x)=0⇒limf(x)=0
  • limf(x)g(x)=C0limf(x)g(x)=C≠0,则 limf(x)=0limg(x)=0limf(x)=0⇒limg(x)=0
同时趋向问题
  • limx0[(1+1x)x]xlimx0exlimx→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

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