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文档简介
§2.5函数的极限(2)四、极限存在定理1.
夹逼定理d
0(1)
g(
x)
£
f
(
x)
£
h(
x),如果当
x
˛
U
o
(
x
)
(或
|
x
|>
M
)
时,(2) lim
g(
x)
=
A,xfi
x0(
xfi
¥
)lim
h(
x)
=
A,xfi
x0(
xfi
¥
)那么
lim
f
(
x)
存在,
且等于A.xfi
x0(
xfi
¥
)证明:$d1
>0,当0
<|
x
-x0
|<d1时,A
-e
<g(x
)<A
+e;$d2
>0,当0
<|
x
-x0
|<d2
时,A
-e
<h(x
)<A
+e;取d
=min(d1
,d2
),当0
<|
x
-x0
|<d时A
-
e
<
g(
x)
£
f
(
x)
£
h(
x)
<
A
+
e;故
|
f
(
x)
-
A
|<
e."
e
>
0,–
¥
)中有数列xn
(„
a),
使得n
fi
¥
时xn
fi
a.则称数列{f
(xn
)}为函数f
(x)当x
fi
a时的子列.设在过程xfi
a(a可以是x
,
x
+
,
x
-
,
¥
或0
0
0定义nfi
¥x
fi
a子列{f
(xn
)},都有lim
f
(xn
)=A.lim
f
(x)=A x
fi
a时,f
(x)的任何Heine定理(函数极限与数列极限的关系)2.
Heine定理证\对上述d
>0,
$N
>0,使当n
>N时,恒有0
<
xn
-
x0
<
d.从而有f
(xn
)-A
<e,x
fi
¥故
lim
f
(
xn
)
=
A.nfi
¥
lim
f
(
x)
=
Ax
fi
x0\
"
e
>
0,
$d
>
0,
使当0
<
x
-
x0
<
d时,
恒有f
(
x)
-
A
<
e.又
lim
xn
=
x0
且
xn
„
x0
,xfi
x0>
0,假设
lim
f
(
x)
=
A不成立,则必$e0*对"
n
˛
N
,的1n0存在满足0
<|
x
-
x
|<n点x
,使得|
f
(
xn
)
-
A
|‡
e0
>
0.即找到了一个数列{
xn
|
xn
„
x0
},
xn
fi
x0
,但是lim
f
(xn
)„A.nfi
¥函数极限存在的充要条件是它的任何子列的极限都存在,且相等.例7证明lim
sin
1
不存在.xx
fi
0npn证
取
{x
}=
1
,nfi
¥lim
xn
=
0,21,
且
xn
„
0;p4n
+
1n取{x¢}=nfi
¥
lim
xn
=
0,且xn
„0;xnnfi
¥nfi
¥而lim
sin
1
=
lim
sin
np2=
lim
sin
4n
+
1pnfi
¥x¢nnfi
¥而lim
sin
1=
lim1
=
1,nfi
¥二者不相等,故lim
sin
1
不存在.xxfi
0=
0,xy
=
sin
1lim
f
(x)存在xfi
x00
<|
x1
-x0
|<d,0
<|
x2
-x0
|<d,都有f
(x1
)-f
(x2
)<e.证明:lim
f
(
x)
=
A,x
fi
x0当0
<
x
-
x0
<
d时,|
f
(
x)
-
A
|<
e
2
.特别:取0
<|
xi
-
x0
|<
d
,
i
=
1,2
则2
21
2
1
2f
(
x
)
-
f
(
x
)
£
f
(
x
)
-
A
+
f
(
x
)
-
A
<
e
+
e
=
e."
e
>
0,
$d
>
0,3.
柯西准则(Cauchy)"e
>0,
$d
>0,
使得"x1
,x2
,如满足①任取一个{
xn},
lim
xn=
x
0
(
xn
„
x
0
)n
fi
¥对
d
>
0,
$N
˛
N
*
,当m
,
n
>
N时,0
<
xn
-
x
0
<
d
,0
<
|
xm
-
x0
|
<
d\
|
f
(
xn
)
-
f
(
xm
)
|<
e\{f
(xn
)}是Cauchy列.\lim
f
(xn
)=l
x
存在.nfi
¥(yn
„x
0
),则n
fi
¥{f
(yn
)}也是Cauchy列.\lim
f
(yn
)=l
y
存在.nfi
¥② 另一个
{
yn
},
lim
yn
=
x
0nfi
¥lim
zn
=
x0
且(
zn
„
x0
),\
lim
f
(zn
)
=
l.nfi
¥③往证:
l
x
=
l
y将x1
,y1
,x2
,y2
,,xn
,yn
,组成{zn
}.nfi
¥据Heine定理,知lim
f
(
x)
=
l.xfi
x0由于{xn
},{yn
}是{zn
}的子列,所以{f
(xn
)},{f
(yn
)}是{f
(zn
)}的子列,\
l
x
=
l
y
=
l.\
对任意收敛于
x0的数列{
xn
},xn
„
x0
,都有lim
f
(xn
)=l.五、函数极限的性质1.
唯一性若
lim
f
(
x)存在,则极限必唯一.x
fi
x0证明:任取xn
fi
x0
(
xn
„
x0
),由Heine定理lim
f
(xn
)=lim
f
(x
),由数列极限唯一性可知.nfi
¥
x
fi
x0证明:取e
=
1,
$d
>
0,0
<|
x
-
x0
|<
d时|
f
(
x)
-
A
|<
e
=
1.|
f
(
x)
|=|
f
(
x)
-
A
+
A
|£|
f
(
x)
-
A
|
+
|
A
|£
1+
|
A
|=
M
.0lim
f
(
x)存在,
则f
(
x)在x
的邻域U
o
(
x
)内有界.d
0xfi
x02.
有界性定理(保序性)设lim
f
(
x)
=
A,
lim
g(
x)
=
B.xfi
x0
xfi
x0若$d
>
0,"
x
˛
U
o
(
x
,d
),
有f
(
x)
£
g(
x),则A
£
B.03.
不等式性质0xfi
x0f
(x)‡0(或f
(x)£
0),则A
‡0(或A
£
0).若lim
f
(
x)
=
A,且$d
>
0,当x
˛
U
0
(
x
,d)时,推论xfi
x0若lim
f
(
x)
=
A,
且A
>
0(或A
<
0),定理(保号性)则$d
>
0,当x
˛
U
o
(
x
,d
)时,
f
(
x)
>
0(或f
(
x)
<
0).0证明:20
0Ao<|
x
-
x
|取e
=
,
$d
>
0,0
<
d
(即x
˛
U
(
x
,d
)),20
<
A
<
f
(
x)
<
3
A.2
2|
f
(
x)
-
A
|<
A
,推论
设lim
f
(
x)
=
A,
lim
g(
x)
=
B,
且A
<
Bxfi
x0
xfi
x0则$d
>
0,"
x
˛
U
o
(
x
,d
),
有f
(
x)
<
g(
x).0六、极限运算法则⒈四则运算法则定理(3)lim
f
(
x)
=
A
,g(
x)
Blim[
f
(
x)
–
g(
x)]
=
A
–
B;lim[
f
(
x)
g(
x)]
=
A
B;其中B
„0.设lim
f
(x)=A,lim
g(x)=B,则⒉复合运算
f
g(t
)
=
f
[
g(t
)]定理设
lim
f
(
x)
=
A, lim
g(t
)
=
x0
,xfi
x0
t
fi
t0且在U
o
(t
)内g(t
)
„
x
,d
0
0则lim
f
g(t
)]=
lim
f
(
x)
=
A.t
fi
t0
x
fi
x0解释:相当于计算中进行变量替换,g(t
)=x证明:
lim
f
(
x)
=
A,xfi
x0\
"
e
>
0,
$s
>
0,当x
˛
U
o
(
x
,s
)时,0|
f
(
x)
-
A
|<
e.对上述s
>
0,
$d
>
0,
当t
˛
U
o
(t
,d
)时,0|
g(t
)
-
x0
|<
s
,\
g(t
)
˛
U
o
(
x
,s
),
\
|
f
[g(t)]-
A|<e.0u
=
01,
u
„
0,y
=
f
(u)
=
0,xu
=
g(
x)
=
x
sin
1lim
g(
x)
=
0,lim
f
(u)
=
1,xfi
0
ufi
0lim
f
(g(x))不存在xfi
0且在U
o
(t
)内g(t
)
„
x
,d
0
0⑴例8、lim3-
1x
2
-
1xfi
1
x2=
lim(
x
-
1)(
x
+
1)xfi
1
(
x
-
1)(
x
+
x
+
1)23=⑶⑵
lim2+
x
+
4x
2
+
x
+
9xfi
¥
x2
9+
1
+
4x x
21
+
x
+
x
2=
limxfi
¥1=
1lim
x
-
3
=
0xfi
3
x
+
2⑷lim45
2==
lim+
7
x
+
2x2
+
2
x
+
3
32+
7
x
+
2
xx3
+
2
x2
+
3
xxfi
0
xxfi
0
x⑸limxfi
0limun
-
1x
ufi
1
u
-
1=
lim(un-1
+
un-2
+
+
u
+
1)
=
nufi
1(
x
+
1)n
-
1
1
+
x
=
uAC七、两个重要极限(1)xlim
sin
x
=
1x
fi
02设单位圆
O,
圆心角—
AOB
=
x, (0
<
x
<
p
)于是有sin
x
=
BD,
x
=
弧
AB,
tan
x
=
AC
,xoBD作单位圆的切线,得DACO
.扇形OAB的圆心角为x
,DOAB的高为BD
,\
sin
x
<
x
<
tan
x,x即cos
x
<sin
x
<1,p2当0
<x
<p
时,2
x22x<
2(
2
)x
2=
2
,2=
0,x
2
limx
fi
0\
lim(1
-
cos
x)
=
0,x
fi
0\
limcos
x
=
1,x
fi
0x又
lim
1
=
1,
\
lim
sin
x
=
1.x
fi
0
x
fi
0上式对于-2
<x
<0也成立.0
<
1
-
cos
x
=
2sin例9⑴xxfi
0⑵xlim
sin
x
=1的应用x
fi
0x
cos
x1lim
tan
x
=
lim
sin
xxfi
0=
1xfi
0
sin
bx
ax
sin
bx
b(lim
cos
x
=1,由刚才过程可知)x
fi
0lim
sin
ax
=
lim
sin
ax
bx
axfi
0=
ab(2)xx
fi
¥lim(1
+
1
)
x
=
e)
}nn1n曾考虑数列{
x
}
=
{(1
+lim
xn
存在.nfi
¥nnfi
¥记为lim(1
+
1
)n
=
e(e
=
2.71828)当x
‡1
时,有[x]£
x
£
[x]+1,x
fi
+¥
x
fi
+¥x
fi
+¥而
lim
(1
+
1
)[
x
]+1
=
lim
(1
+
1
)[
x
]
lim
(1
+
1
)
=
e,1
1[
x]
[
x]
[
x]1[
x]
+
1
[
x]
+
1[
x]
+
1lim
(1
+x
fi
+¥)[
x
]+1=
lim
(1
+x
fi
+¥)[
x
]lim
(1
+x
fi
+¥)-1
=
e,x\
lim
(1
+
1
)
x
=
e.x
fi
+¥1[
x]
+
1(1
+)[
x
]
£
(1
+
1
)
x
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