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Chapter1——极限与连续

Chapter1——极限与连续

作者: crishawy | 来源:发表于2019-07-26 11:13 被阅读0次

1. 数列极限

1.1 定义

x_{n}为一数列,a为常数,如果对于任意给定的正数\varepsilon,存在正整数N,使得当n\gt N时,恒有
|x_{n} - a| < \varepsilon
成立,则称数列x_{n}a为极限。

为了表达方便,我们可以用以下形式化语言表述:
\lim_{n\rightarrow \infty}x_{n}=a\Leftrightarrow \forall\varepsilon>0,\exists N\in N^{*},当n>N时,有|x_{n}-a|< \varepsilon

1.2 性质

  • 收敛数列极限唯一
  • 如果数列收敛,那么数列一定有界

2. 函数极限

2.1 自变量趋向于无穷大定义

\lim_{x\rightarrow \infty}f(x)=A\Leftrightarrow \forall\varepsilon>0,\exists X>0,当|x|>X,有|f(x)-A|< \varepsilon

2.2 自变量趋向于有限值函数极限定义

设函数y=f(x)x_{0}的某去心邻域内有定义。如果对于任意给定的正数\varepsilon,总存在正数\delta,使得对于适合不等式0<|x-x_{0}|<\delta的一切x,对应的函数值满足|f(x)-A|<\varepsilon,那么常数A称为函数f(x)x\rightarrow x_{0}的极限。

\lim_{x\rightarrow x_{0}}f(x)=A\Leftrightarrow \forall\varepsilon>0,\exists\delta>0,当0<|x-x_{0}|<\delta, 有|f(x)-A|< \varepsilon

2.3 右极限定义

\lim_{x\rightarrow x_{0}^{+}}f(x)=A\Leftrightarrow \forall\varepsilon>0,\exists\delta>0,当x_{0}<x<x_{0}+\delta, 有|f(x)-A|< \varepsilon

2.4 左极限定义

\lim_{x\rightarrow x_{0}^{-}}f(x)=A\Leftrightarrow \forall\varepsilon>0,\exists\delta>0,当x_{0}-\delta<x<x_{0}, 有|f(x)-A|< \varepsilon

2.5 函数极限与数列极限关系(海涅定理)

对于\lim_{x\rightarrow x_{0}}f(x)=A,只要\lim_{n\rightarrow \infty} x_{n} = x_{0},则\lim_{n\rightarrow \infty} f(x_{n})= A

3. 无穷小量和无穷大量

  • 无穷小量:在某一极限过程中,其极限值为0
  • 无穷大量:在某极限过程中,其极限趋向于无穷

3.1 性质

  • 有界函数与无穷小量的乘积为无穷小。(重要)
  • 有限个无穷小量的乘积仍然是无穷小。
  • 无穷小量和无穷大量均是一个变量。
  • 若函数在x\rightarrow x_{0}时是无穷大,那么必然存在一个x_{0}的去心邻域U^{*}(x_{0},\delta),在此邻域中f(x)一定无界

3.2 等价无穷小和无穷小的替换法则

(1). \sin x\sim x,\tan x \sim x
(2). 1- \cos x \sim \frac{1}{2}x^{2}>
(3). \sqrt[n]{1+x} - 1 \sim \frac{1}{n}x

4. 极限的两个重要准则

4.1 夹逼准则

设数列x_{n}, y_{n},z_{n}满足以下两个条件:
(1). y_{n}\le x_{n}\le z_{n}, n\ge1
(2). \lim_{n\rightarrow \infty}y_{n}=a,\lim_{n\rightarrow \infty}z_{n}=a
\lim_{n\rightarrow \infty}x_{n}=a

4.2 单调有界收敛准则

如果数列或函数有界,并且是单调的,那么他一定收敛。

4.3 两个重要的极限

  • \lim_{x\rightarrow 0}\frac{sin(x)}{x}=1
  • \lim_{x\rightarrow \infty}(1+ \frac{1}{x})^{x}=e

5. 函数的连续性和间断点(重要)

5.1 函数在一点的连续性定义

设函数y=f(x)x_{0}的某邻域内有定义,如果
\lim_{x\rightarrow x_{0}}f(x)=f(x_{0})
则称y=f(x)x_{0}连续。

  • 左连续定义:\lim_{x\rightarrow x_{0}^{-}}f(x)=f(x_{0})
  • 右连续定义:\lim_{x\rightarrow x_{0}^{+}}f(x)=f(x_{0})

5.2 函数在某区间上连续的定义

若函数在开区间(a,b)内处处连续,那么称函数在(a,b)内连续;若函数在(a,b)连续,且在左端点a右连续,右端点b左连续,则它在闭区间[a,b]连续。

5.3 定理:初等函数在其定域内中处处连续

5.4 间断点

f(x)x_{0}某去心邻域有定义,且在x_{0}不连续,则x_{0}为间断点。间断点存在于下列三种情况之一:
(1). f(x)x_{0}无定义。
(2). f(x)x_{0}有定义,但极限不存在。
(3). f(x)x_{0},极限存在,但\lim_{x\rightarrow x_{0}} f(x)\ne f(x_{0})

间断点的分类:

  • 第一类间断点:\lim_{x\rightarrow x_{0}} f(x)的左右极限存在。若左右极限相等,则是可取间断点。否则为跳跃间断点

  • 第二类间断点:凡不是第一类间断点都是第二类

6. 闭区间连续函数的介值定理

设函数f(x)在闭区间[a,b]连续,有f(a)=A,f(b)=B,且A\ne B,那么对于任意一个C\in (A,B),在(a,b)一定存在一点\varepsilon,使得f(\varepsilon)=C

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