导数的概念3

作者: 7300T | 来源:发表于2019-03-17 15:36 被阅读153次

什么是极限

我们先来确认一下数学中极限一词的含义。
日常生活中常用极限一词表示极限状态。所谓极限状态就是
“已经没有余地了”、“再不可能了”这种接近界限的感觉。比如,暑假到最后一天了,但作业还没有做,憋不住了却找不到厕所…
此时通常人们都会想:“不行了!不行了!”
我想大家都有过类似的经历。其实想尽量避免的困窘状态就是一种极限状态。
那数学中的极限是否与此相同呢?
如果极限表示“不行了”、“到头了”,那么此时应该是无法解决数学问题才对。
数学的极限是怎样一种感觉呢?
请想象一下高尔夫球的比赛,球可以距离球洞多近:还有在10秒钟速算比赛中,选手感觉到的时间与实际时间的差距有多短,这些比赛都是在考察“能在哪种程度上接近目标”。
数学中的极限就包含有“尽可能接近”这一积极的含义。

什么是无限接近

某物(数值)向他物(数值)无限接近的状态可用下面这个算式表示。
\lim _{x \rightarrow a} f(x)=b
我突然写出个算式来,你是不是感觉有些惊讶?这个算式表示“当x无限接近a,f(x)就会接近b”。有人可能会说:“你怎么突然讲这么抽象的事,实在……”那么我一点点来解释。
首先是lim,它是limit的缩写。limit有极限之意,lim下写的小字表示“使什么向什么靠近”,因此上面那个算式的意思就是“使x向a靠近”。在讲述计算方法之前,我们先举例找找感觉。
\lim _{啤酒杯数 \rightarrow 10杯} f(啤酒杯数)=烂醉
找到点感觉了吗?这是用啤酒饮用量函数表示醉酒程度,意思是“啤酒喝到接近10杯,人就接近烂醉状态”。下面的例子比较严肃,但也可以找到些感觉。
\lim _{工作 \rightarrow 每天加班} f(工作)=过劳
这是表示疲劳程度的函数式。意思是“越接近每天加班,因过度疲劳而病倒的日子越近"。
综上所述,一个值无限接近另外一个值的状态就是极限。不会计算没关系,能够找到这种感觉就可以了。

怎样用数学算式表示极限

找到极限的感觉后,这次我们试试从数学的角度来研究极限。
请看看下面的算式。

例1:
\lim_{n\rightarrow 1}(1-n)
算式表示“使n无限接近1”。n无限接近1,则1-n无限接近1-1,也就是无限接近0。再看下一个。

例2:
\lim_{n\rightarrow 1}\frac{1}{n}
n无限接近1,则\frac{1}{n} 无限接近\frac{1}{1} ,也就是无限接近1.

再来个难一些的。

例3:
\lim_{n\rightarrow 1}(n^2-3n+2)
难度 增加了,但只要按相同方式思考就可以迎刃而解。n无限接近1,则n^2-3n+2 无限接近1^2-3\times1+2 ,也就是0.因此结果是无限接近0。

​ 最后一个。

例4:
\lim_{n\rightarrow 1}\frac{n^2-3n+2}{n-1}
​ 与前三个不同,这个可没那么简单。分子与前一个算式相同,接近于0,但分母也接近于0.

​ 咦,答案是\frac{0}{0} ?有分母为0的分数吗?没有。0为分数违反了算术规则,这样的分数不存在。

​ 那该怎样好呢?实际上这个分数的分子可以因式分解。
\lim_{n\rightarrow 1}\frac{n^2-3n+2}{n-1}=\lim_{n\rightarrow 1}\frac{(n-1)(n-2)}{n-1}
分子分母中都含有n-1,可以进行约分。

​ 准确地说,因为lim情况下,n-1无限接近于0,但并不等于0,所以可以进行约分。

​ 约分后剩下n-2,所以答案是无限接近-1。

​ 最后一道题稍有些专业,目的是先让大家简单接触一下计算。

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