Loading [MathJax]/jax/element/mml/optable/GeneralPunctuation.js
为了能到|

园龄:粉丝:关注:

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

limx0sinxx=1

limx(1+x)1x=e

性质

唯一性

如果极限存在,则该极限是唯一的。即:

limxcf(x)=L如果且仅如果ϵ>0,δ>0,使得当 0<|xc|<δ 时 |f(x)L|<ϵ

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

limxc[f(x)±g(x)]=limxcf(x)±limxcg(x)

  • 乘法

limxc[f(x)g(x)]=limxcf(x)limxcg(x)

  • 除法(前提是 (limxcg(x)0)):

limxcf(x)g(x)=limxcf(x)limxcg(x)

连续性

可导一定连续,连续不一定导数

y=f|x|x=0处不可导
由连续可知

limxcf(x)=limxc+f(x)

f(x)在区间[a,b]连续,f(x)min<=f(x)<=f(x)max

保号性

定义:
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 limxcf(x) 存在,那么该极限的符号与 f(x)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)g(x)的___无穷小
1.等价:limx0f(x)g(x)=1
2.同阶:limx0f(x)g(x)=c(c10),c is a constant
3.高阶:limx0f(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)x=c 附近的左极限和右极限都存在,但不相等,即:

limxcf(x)limxc+f(x)

此时,函数在 x=c 处的值可以是有限的无穷大
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:

limxcf(x)

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:

f(c)=y

  • 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:

f(c)=0

题型与解法

一些小技巧

  1. 利用四则运算,分开算极限
  2. 分子或者分母有理化
  3. 因式分解
  4. 常见的函数的性质:奇偶性
  5. 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
t0转为我们比较熟悉的极限求解
例如

limxxsin1x=limxsin1x1x=e

取指数

对于x>0,x=elnx,同理

limu(x)v(x)=limev(x)lnu(x)

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

  1. 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

  2. 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=x13!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=112!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=x12x2+13x3+(1)nn+1xn+1+x(1,1]

函数 11x

  • 展开式为 11x=n=0xn=1+x+x2+x3++xn+x(1,1)

函数 11+x

  • 展开式为 11+x=n=0(1)nxn=1x+x2x3++(1)nxn+x(1,1)
  1. 函数 (1+x)α
    • 展开式为 (1+x)α=1+n=1α(α1)(αn+1)n!xn=1+αx+α(α1)2!x2++α(α1)(αn+1)n!xn+x(1,1)

反正切函数 arctanx

  • 展开式为 arctanx=n=0(1)n2n+1x2n+1=x13x3+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(14n)(2n)!x2n1=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(22n11)B2n(2n)!x2n4=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)!x2n1=1x13x145x32945x5x(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(22n1)B2nx2n1(2n)!=x13x3+215x517315x7+622835x91382155925x11+|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)=x16x3+340x55112x7+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)x2n2n=ln2x(14x2+332x4+15288x6++((1)n(2n)!22n(n!)2)x2n2n+)|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
例题: limx0xsinxx3=limx0x(xx3+o(x3))x3=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(ynxnzn)

limnyn=limnzn=a

那么数列xn的极限存在,且limnxn=a

洛必达法则

使用时需注意x=x0处的领域有定义

limxx0f(x)g(x)=limxx0f(x)g(x)=limxx0f

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:

\lim_{x \to c} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to c} \frac{f'(x)}{g'(x)}

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:

\lim_{x \to c} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to c} \frac{f'(x)}{g'(x)}

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:

\lim_{x \to c} f(x) \cdot g(x) = \lim_{x \to c} \frac{f(x)}{\frac{1}{g(x)}}

\lim_{x \to c} f(x) \cdot g(x) = \lim_{x \to c} \frac{g(x)}{\frac{1}{f(x)}}

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:

\lim_{x \to c} (f(x) - g(x)) = \lim_{x \to c} \frac{f(x)g(x)}{g(x)} \text{ 或 } \frac{f(x) - g(x)}{1}

例题

\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{(\int_{0}^{x}e^tdt)^2}{\int_{0}^{x}e^{t^2}dt}=\lim_{x \to 0}\frac{2(\int_{0}^{x}e^tdt)}{e^{x^2-x}}=\lim_{x\to0}\frac{2e^x}{(2x-1)e^{x^2-x}}=-2

拉格朗日中值定理

使用条件: f(x) (x_1,x_2)可导

x_1<x_2 \frac{f(x_2)-f(x_1)}{x_2-x_1}=f'(\epsilon), \epsilon \in(x_1,x_2)

例题

\lim_{x\to 0^+}\frac{sinx-sin(sinx)}{x^3}=\lim_{x\to0^+}\frac{(sinx-x)f'(\epsilon)}{x^3}=\lim_{x\to 0^+}\frac{(sinx-x)cos\epsilon}{x^3} =\lim_{x\to0^+}\frac{(x-\frac{x^3}{3}+o(x^3)-x)cos\epsilon}{x^3}=-\frac{1}{3} \\ 由\epsilon \in (sinx,x) 则 lim_{x\to 0^+}\epsilon=0 \\ 即lim_{x\to 0^+}cos\epsilon=1 \\

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。

posted @   归游  阅读(90)  评论(0编辑  收藏  举报
点击右上角即可分享
微信分享提示
评论
收藏
关注
推荐
深色
回顶
收起