一、首先介绍三个定义。
1.设函数f(x)f(x)f(x)在x0x_0x0的去心邻域U0(x0,δ)U^{0}(x_0,\delta)U0(x0,δ)内有定义,若limx→x0\lim_{x\rightarrow x_0}limx→x0存在,则称称函数在某点极限存在。
依据极限与单侧极限的关系,有如下结论:
limx→x0f(x)=A⇐⇒limx→x0−f(x)=limx→x0+f(x)\lim_{x\rightarrow x0}f(x)=A \Leftarrow \Rightarrow \lim_{x\rightarrow x_0^{-}}f(x)=\lim_{x\rightarrow x_0^{+}}f(x)x→x0limf(x)=A⇐⇒x→x0−limf(x)=x→x0+limf(x)
2.设函数f(x)f(x)f(x)在x0x_0x0的邻域U(x0,δ)U(x_0,\delta)U(x0,δ)内有定义,若有limx→x0f(x)=f(x0)\lim_{x\rightarrow x_0}f(x)=f(x_0)limx→x0f(x)=f(x0),则称函数在该点连续。
依据连续与单侧连续的关系,有如下结论:
函数在某点连续的充要条件是函数在该点既是左连续也是右连续,即是:
limx→x0f(x)=f(x0)⇐⇒limx→x0+f(x)=f(x0)limx→x0−f(x)=f(x0) \begin{aligned} \lim_{x\rightarrow x_0}f(x)=f(x_0) & \Leftarrow \Rightarrow \\ & \lim_{x\rightarrow x_0^+}f(x)=f(x_0) \\ & \lim_{x\rightarrow x_0^-}f(x)=f(x_0) \end{aligned} x→x0limf(x)=f(x0)⇐⇒x→x0+limf(x)=f(x0)x→x0−limf(x)=f(x0)
3.设函数f(x)f(x)f(x)在x0x_0x0的去心邻域U(x0,δ)U(x_0,\delta)U(x0,δ)内有定义,如果极限limx→x0f(x)−f(x0)x−x0\lim_{x \rightarrow x_0}{f(x)-f(x_0) \over x-x_0}limx→x0x−x0f(x)−f(x0)存在,则称函数在该点可导。
依据导数与单侧导数的关系,有如下结论:
函数在某点可导的充要条件是函数在该点既是左可导也是右可导,且左导数等于右导数,即是:
limx→x0f(x)−f(x0)x−x0exists⇐⇒limx→x0+f(x)−f(x0)x−x0existslimx→x0−f(x)−f(x0)x−x0existsAndlimx→x0+f(x)−f(x0)x−x0=limx→x0−f(x)−f(x0)x−x0 \begin{aligned} \lim_{x \rightarrow x_0}{f(x)-f(x_0) \over x-x_0} exists & \Leftarrow \Rightarrow \\ & \lim_{x \rightarrow x_0^+}{f(x)-f(x_0) \over x-x_0} exists \\ & \lim_{x \rightarrow x_0^-}{f(x)-f(x_0) \over x-x_0} exists \\ & And \lim_{x \rightarrow x_0^+}{f(x)-f(x_0) \over x-x_0}=\lim_{x \rightarrow x_0^-}{f(x)-f(x_0) \over x-x_0} \end{aligned} x→x0limx−x0f(x)−f(x0)exists⇐⇒x→x0+limx−x0f(x)−f(x0)existsx→x0−limx−x0f(x)−f(x0)existsAndx→x0+limx−x0f(x)−f(x0)=x→x0−limx−x0f(x)−f(x0)
二、其次,简要说明函数在某点的极限、函数在某点连续和函数在某点可导的关系
1、函数在某点连续,则可推出函数在该点的极限存在。
设函数f(x)f(x)f(x)在x0x_0x0处连续,则有limx→x0f(x)=f(x0)\lim_{x\rightarrow x_0}f(x)=f(x0)limx→x0f(x)=f(x0),所以函数f(x)f(x)f(x)在x=x0x=x_0x=x0处有极限(极限就是f(x0)f(x_0)f(x0))。
该结论的逆命题不成立,即函数在某点的极限存在,函数在该点不一定连续 —— 可去间断点就是支持该结论的例子。
2、函数在某点可导,则可推出函数在该点连续。
设函数f(x)f(x)f(x)在x0x_0x0处可导,则有limx→x0f(x)−f(x0)x−x0\lim_{x \rightarrow x_0}{f(x)-f(x_0) \over x-x_0}limx→x0x−x0f(x)−f(x0)存在,
(按等价无穷小知识,因为分母x−x0x-x_0x−x0是x→x0x\rightarrow x_0x→x0时的无穷小)所以limx→x0(f(x)−f(x0))=0\lim_{x \rightarrow x_0}(f(x)-f(x_0))=0limx→x0(f(x)−f(x0))=0,则有limx→x0f(x)=f(x0)\lim_{x\rightarrow x_0}f(x)=f(x_0)limx→x0f(x)=f(x0),所以函数f(x)f(x)f(x)在x0x_0x0处连续。
该结论的逆命题不成立,即函数在某点连续,函数在该点不一定可导 —— y=∣x∣y=|x|y=∣x∣和y=x3y=\sqrt[3]xy=3x就是支持该结论的例子。
三、多熟悉以下说法
函数在某点(左、右)可导,则表明函数在该点的因变量变化(Δy\Delta yΔy)和自变量变化(Δx\Delta xΔx)之比在该点的(左、右)极限存在;
在导数定义中,可以有多种形式描述那个极限,比如:
limx→x0f(x)−f(x0)x−x0 \lim_{x\rightarrow x_0}\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0} x→x0limx−x0f(x)−f(x0)
limΔx→0f(x+Δx)−f(x)Δx \lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x} Δx→0limΔxf(x+Δx)−f(x)
limΔx→0ΔyΔx \lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{\Delta y}{\Delta x} Δx→0limΔxΔy
limh→0f(x)−f(x−h)h \lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x)-f(x-h)}{h} h→0limhf(x)−f(x−h)
等等。