函数极限

在极限中,张宇老师引入了超实数的概念

一、定义

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二、三大性质

1. 唯一性

如果lim⁡x→x0f(x)\lim \limits_{x \to x₀}f(x)xx0limf(x),那么极限唯一。

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2. 局部有界性

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3. 局部保号性

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三、无穷小

lim⁡x→x0f(x)=0\lim \limits_{x \to x₀}f(x)=0xx0limf(x)=0

1. 无穷小的性质

  • 有限个无穷小的和是无穷小
  • 有界函数与无穷小的乘积是无穷小
  • 有限个无穷小的乘积是无穷小

2. 无穷小的比阶

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3.常用的等价无穷小

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四、无穷大

只要知道定义即可

五、计算

(一)方法

1. 极限四则运算法则

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非常非常重要的结论

  • lim⁡f(x)g(x)=A\lim\frac{f(x)}{g(x)}=Alimg(x)f(x)=A,且 lim⁡g(x)=0\lim \limits_{}g(x)=0limg(x)=0,则lim⁡f(x)=0\lim \limits_{}f(x)= 0limf(x)=0
  • lim⁡f(x)g(x)=A≠0\lim\frac{f(x)}{g(x)}=A≠0limg(x)f(x)=A=0,且 lim⁡f(x)=0\lim \limits_{}f(x)=0limf(x)=0,则lim⁡g(x)=0\lim \limits_{}g(x)=0limg(x)=0

2. 洛必达

2.1. 定义

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2.2. 由洛必达得出两个重要的等价替换

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2.3. 洛必达判断大小关系

3. 泰勒公式

3.1. 公式

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泰勒补充:
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3.2. 展开原则

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4. 夹逼准则

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(二)七种未定式的计算

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六、函数的连续与间断

本质上是极限的计算

1. 连续点的定义

设函数f(x)在点x₀的某一邻域内有定义,且有lim⁡x→x0f(x)=f(x0)\lim \limits_{x \to x₀}f(x)=f(x₀)xx0limf(x)=f(x0),则称f(x)在点x₀处连续。
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2. 间断点的定义与分类

以下设函数f(x)在点x₀的某去心邻域内有定义 要考虑双侧, 这是讨论间断点的前提,就比如在开区间(a,b)讨论a点的是否间断,没有意义

2.1. 可去间断点(第一类间断点)

lim⁡x→x0f(x)=A≠f(x0)\lim \limits_{x \to x₀}f(x)=A≠f(x₀)xx0limf(x)=A=f(x0)(甚至在该点可以无定义,如 1x\frac{1}{x}x1),则 x = x₀ 称为可去间断点 .

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2.2. 跳跃间断点(第一类间断点)

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2.3. 无穷间断点(第二类间断点)

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2.4. 振荡间断点 (第二类间断点)

lim⁡x→x0f(x)振荡不存在,则称x=x0为振荡间断点\lim \limits_{x \to x₀}f(x)振荡不存在,则称x=x₀为振荡间断点xx0limf(x)振荡不存在,则称x=x0为振荡间断点

### 如何使用 Python 计算函数极限 #### SymPy 库简介 SymPy 是一个用于符号数学计算的 Python 库,支持多种数学操作,其中包括求解极限。通过该库可以方便地处理复杂的数学表达式并执行各种分析。 #### 安装 SymPy 为了利用 SymPy 的功能来计算函数极限,需先确保已安装此库。可以通过 pip 工具轻松完成安装: ```bash pip install sympy ``` #### 使用 `limit` 函数计算极限 一旦安装好 SymPy 后,在程序中导入必要的模块即可开始工作。下面展示了一个简单的例子,说明怎样用 `limit()` 方法找到给定函数当自变量趋向于某个特定值时的结果[^2]。 ```python import sympy as sp # 定义符号变量 x 和 y x, y = sp.symbols('x y') # 创建要取极限的目标函数 target_function = (sp.sin(x)**2)/(1 - sp.cos(x)) # 对目标函数关于 x 取极限,其中 x 趋向于 0 result_limit_x_to_zero = sp.limit(target_function, x, 0) print(f"The limit of the function as x approaches to zero is {result_limit_x_to_zero}") ``` 上述代码片段展示了如何创建一个包含三角函数在内的复杂表达式,并对其应用 `limit()` 来获取它在某一点处的行为特性。这里特别指出了随着输入参数接近零的情况下的输出变化趋势[^3]。 #### 处理单侧极限 有时候还需要关注一侧趋近的情形,这时可以在调用 `limit()` 时指定方向参数 `'+'` 或者 `'-'` 表明是从正方向还是负方向靠近所关心的位置。 ```python # 单边极限的例子:从右侧逼近 pi/2 one_sided_limit_right_approach_pi_over_two = sp.limit(1/sp.tan(y), y, sp.pi / 2, dir='+') print(one_sided_limit_right_approach_pi_over_two) ``` 以上就是有关如何借助 Python 中的 SymPy 库来进行基本的极限运算介绍[^1]。
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