极限limit
"极限"是数学中的分支——微积分的基础概念,本文简要讲解极限的基础知识,题型以及常用解法
The Limit
两个重要极限
性质
唯一性
如果极限存在,则该极限是唯一的。即:
代数运算
如果极限存在,则可以对极限进行代数运算:
- 加减法:
- 乘法:
- 除法(前提是 (limx→cg(x)≠0)):
连续性
可导一定连续,连续不一定导数
y=f|x|在x=0处不可导
由连续可知
f(x)在区间[a,b]连续,f(x)min<=f(x)<=f(x)max
保号性
定义:
设 f(x) 是一个定义在某个区间上的函数,且在某点 c 的邻域内,f(x) 的值始终保持正(或负)。如果极限 limx→cf(x) 存在,那么该极限的符号与 f(x) 在 c 附近的符号一致。
利用它可以判断正负
无穷小
定义:极限变量为0的点
比较:f(x)是g(x)的___无穷小
1.等价:limx→0f(x)g(x)=1
2.同阶:limx→0f(x)g(x)=c(c≠1,0),c is a constant
3.高阶:limx→0f(x)g(x)=0
间断点
1.第一类间断点
第一类间断点是指在该点附近的函数值存在,但在该点的极限不存在。具体来说,若 f(x) 在 x=c 附近的左极限和右极限都存在,但不相等,即:
此时,函数在 x=c 处的值可以是有限的或无穷大。
2.第二类间断点
第二类间断点则是指在该点的极限不存在,且至少有一个方向的极限也不存在。即:
闭区间连续函数性质
- 最值定理:必有最值
- 有界定理:最有最小值和最大值
- 介值定理:设 ( f(x) ) 是一个在闭区间 ([a,b]) 上连续的函数。如果 ( f(a) ) 和 ( f(b) ) 的值分别为 ( f(a) ) 和 ( f(b) ),且 (f(a)≠f(b) ),那么对于任意的 ( y ) 值,满足 (f(a)<y<f(b) ) 或 (f(b)<y<f(a) ),存在至少一个 (c∈(a,b)),使得:
- 零点定理:设 (f(x) ) 是一个在闭区间 ([a,b]) 上连续的函数。如果 (f(a)) 和 ( f(b) ) 的符号相反,即 ( f(a)⋅f(b)<0 ),那么在区间 ((a,b)) 内至少存在一个 (c) 使得:
题型与解法
一些小技巧
- 利用四则运算,分开算极限
- 分子或者分母有理化
- 因式分解
- 常见的函数的性质:奇偶性
- 换元法:三角换元,取倒数
取倒数
对于一些x→∞的情况,我们可以令t=1x
则t→0转为我们比较熟悉的极限求解
例如
取指数
对于∀x>0,x=elnx,同理
通过这样的操作,将指数分出,在求极限时可以有更多的变化
泰勒展开
-
等价无穷小
等价无穷小其实就是泰勒展开的特殊情况
在求极限使用时,只有式子的因子可以这样的用,如果直接当成加减法使用,答案会不正确,因为还有更小的没有考虑到 -
泰勒展开
泰勒展开公式
指数函数 ex:
- 展开式为 ex=∑∞n=01n!xn=1+x+12!x2+⋯+1n!xn+⋯,x∈(−∞,+∞)。
正弦函数 sinx:
- 展开式为 sinx=∑∞n=0(−1)n(2n+1)!x2n+1=x−13!x3+15!x3−⋯+(−1)n(2n+1)!x2n+1+⋯,x∈(−∞,+∞)。
余弦函数 cosx:
- 展开式为 cosx=∑∞n=0(−1)n(2n)!x2n=1−12!x2+14!x4−⋯+(−1)n(2n)!x2n+⋯,x∈(−∞,+∞)。
自然对数函数 ln(1+x):
- 展开式为 ln(1+x)=∑∞n=0(−1)nn+1xn+1=x−12x2+13x3−⋯+(−1)nn+1xn+1+⋯,x∈(−1,1]。
函数 11−x:
- 展开式为 11−x=∑∞n=0xn=1+x+x2+x3+⋯+xn+⋯,x∈(−1,1)。
函数 11+x:
- 展开式为 11+x=∑∞n=0(−1)nxn=1−x+x2−x3+⋯+(−1)nxn+⋯,x∈(−1,1)。
- 函数 (1+x)α:
- 展开式为 (1+x)α=1+∑∞n=1α(α−1)⋯(α−n+1)n!xn=1+αx+α(α−1)2!x2+⋯+α(α−1)⋯(α−n+1)n!xn+⋯,x∈(−1,1)。
反正切函数 arctanx:
- 展开式为 arctanx=∑∞n=0(−1)n2n+1x2n+1=x−13x3+15x5+⋯+(−1)n2n+1x2n+1+⋯,x∈[−1,1]。
反正弦函数 arcsinx:
- 展开式为 arcsinx=∑∞n=0(2n)!4n(n!)2(2n+1)x2n+1=x+16x3+340x3+5112x7+351152x9+⋯+(2n)!4n(n!)2(2n+1)x2n+1+⋯,x∈(−1,1)。
正切函数 tanx:
- 展开式为 tanx=∑∞n=1B2n(−4)n(1−4n)(2n)!x2n−1=x+13x3+215x5+17315x7+622835x9+1382155925x11+⋯,x∈(−1,1)。
正割函数 secx:
- 展开式为 secx=∑∞n=0(−1)nE2nx2n(2n)!=1+12x2+524x4+61720x6+⋯,x∈(−π2,π2)。
余割函数 cscx:
- 展开式为 cscx=∑∞n=0(−1)n+12(22n−1−1)B2n(2n)!x2n−4=1x+16x+7360x3+3115120x3+127604800x7+733421440x9+141447765383718400x11+⋯,x∈(0,π)。
余切函数 cotx:
- 展开式为 cotx=∑∞n=0(−1)n22nB2n(2n)!x2n−1=1x−13x−145x3−2945x5−⋯,x∈(0,π)。
双曲正弦函数 sinhx:
- 展开式为 sinhx=∑∞n=0x2n+1(2n+1)!=x+x33!+x55!+x77!+⋯+x2n+1(2n+1)!+⋯,x∈(−∞,+∞)。
双曲余弦函数 coshx:
- 展开式为 coshx=∑∞n=0x2n(2n)!=1+x22!+x44!+x66!+⋯+x2n(2n)!+⋯,x∈(−∞,+∞)。
双曲正切函数 tanhx:
- 展开式为 tanhx=∑∞n=122n(22n−1)B2nx2n−1(2n)!=x−13x3+215x5−17315x7+622835x9−1382155925x11+⋯,|x|<π2。
双曲正割函数 sechx:
- 展开式为 sechx=∑∞n=0((−1)n(2n)!22n(n!)2)x2n+1(2n+1)=x−16x3+340x5−5112x7+351152x9−⋯+((−1)n(2n)!22n(n!)2)x2n+1(2n+1)+⋯,|x|<1。
反双曲正弦函数 arcsinhx:
- 展开式为 arcsinhx=ln2x−((−1)n(2n)!22n(n!)2)x−2n2n=ln2x−(14x−2+332x−4+15288x−6+⋯+((−1)n(2n)!22n(n!)2)x−2n2n+⋯),|x|>1。
反双曲正切函数 arctanhx:
- 展开式为 arctanhx=∑∞n=0x2n+12n+1=x+x33+x55+x77+⋯+x2n+12n+1+⋯,|x|<1。
其实你可以发现,用泰勒展开就可以得到等价无穷小
泰勒展开的唯一要求就是在展开时,展开的最高此项与已有的相同
夹逼定理
大白话:夹逼定理就是通过左右放缩,使得趋于极限时,左右的值都接近,使得原式不得不与左右值相近
从某项起,即当(n>N)时,有(yn⩽xn⩽zn)。
那么数列xn的极限存在,且limn→∞xn=a
洛必达法则
使用时需注意x=x0处的领域有定义
使用情况
1. 0/0 不定型
当计算极限时,如果得到的形式是 (\frac{0}{0}),则可以应用洛必达法则。此时,可以对分子和分母分别求导,然后再计算极限:
2. ∞/∞ 不定型
如果计算的极限形式是 \frac{\infty}{\infty},也可以使用洛必达法则。方法同样是对分子和分母分别求导:
3. 0 · ∞ 不定型
对于形式为 0 \cdot \infty\ 的极限,可以通过将其转化为 (\frac{0}{0}) 或 (\frac{\infty}{\infty}) 的形式来应用洛必达法则。通常可以将其重写为:
或
4. ∞ - ∞ 不定型
对于形式为 \infty - \infty的极限,可以通过将其转化为分数的形式,例如:
例题
拉格朗日中值定理
使用条件: f(x) 在 (x_1,x_2)可导
令x_1<x_2 则 \frac{f(x_2)-f(x_1)}{x_2-x_1}=f'(\epsilon), \epsilon \in(x_1,x_2)
例题
本文作者:归游
本文链接:https://www.cnblogs.com/guiyou/p/18466041
版权声明:本作品采用知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 2.5 中国大陆许可协议进行许可。
【推荐】国内首个AI IDE,深度理解中文开发场景,立即下载体验Trae
【推荐】编程新体验,更懂你的AI,立即体验豆包MarsCode编程助手
【推荐】抖音旗下AI助手豆包,你的智能百科全书,全免费不限次数
【推荐】轻量又高性能的 SSH 工具 IShell:AI 加持,快人一步