《数学分析》第二章 极限与连续
第二章 极限与连续
一、本章知识脉络框图
二、本章重点及难点
(一)重点:极限的定义与性质、数列极限和一元函数极限的计算、两个重要极限的运用、归结原则、柯西准则以
及有界闭集上连续函数的性质.
(二)难点运用柯西准则和归结原则进行证明、理解多元函数重极限与累次极限的概念、有界闭集上连续函数的性
质以及一致连续性.
三、本章的基本知识要点
本章符号说明::? 每一个或任给的;:? 至少有一个或存在?:充分必要条件.
(一)数列极限
1. 数列极限定义
lim 0,0,n n a a N ε→∞
=??>?>当n N >时,有.n a a ε-<
注:定义中的N 可不取整数,n a a ε-<可以是.n a a ε-≤
定理:增加、改变或去掉数列的有限项, 不影响数列的收敛性和极限. 重排不改变数列敛散性. 数列极限的等价定义:(1) 0,0,N ε?>?> 当n N >时有,n a a k ε-< 其中k 为某个正数. (2) 0,0,c N ε?<> 当n N >时有,n a a k ε-<其中c 与k 为某个正数. 2. 收敛数列的性质
(1) 唯一性定理:每个收敛的数列只有一个极限. (2) 有界性定理:收敛的数列必定有界.
(3) 保号性定理:若lim n n a a →∞
=,则对任意(),r a r a <>或 ,N n N ??>, 有n a r > (或n a r <).
(4) 保不等式性定理:若lim ,lim n n n n a b →∞
→∞
都存在,且,n n N n N a b ??>≤有,则lim lim .n n n n a b →∞
→∞
≤
(5) 迫敛性定理:设lim lim .n n n n a b a →∞
→∞
== 数列{}n c 满足:,N n N ??>有 n n n a c b ≤≤,则数列{}n c 收敛,且lim .n n c a →∞
=
(6) 四则运算法则:
lim ,lim ,i)lim();
ii)lim ;
iii)lim
,0,0.n n n n n n n n n n n n n n
a a
b b a b a b a b a b a a
b b b b →∞
→∞
→∞
→∞
→∞==±=±?=?=≠≠设则
其中(7) 与子列的关系:数列{}n a 收敛?数列{}n a 的任何非平凡子列都收敛.
3. 数列极限存在的条件1.递增数列:121n n a a a a +≤≤≤≤ ;2.递减数列:121n n a a a a +≥≥≥≥ .
(1) 单调有界定理:在实数系中,有界的单调数列必有极限.(2) 柯西收敛准则:0,,,,||.n m N n m N a a εε?>???>-<
(二)函数极限
1. 函数极限和非正常极限概念 函数极限定义(通过对比加以理解):
(1) lim ()0,0,,().x f x A k x k f x A εε→+∞
=??>?>>-<当时恒有
(2) lim ()0,0,,().x f x A k x k f x A εε→-∞
=??>?><--<当时恒有
(3) lim ()0,0,,().x f x A k x k f x A εε→∞
=??>?>>-<当时恒有
(4) 0
0lim ()0,0,0,().x x f x A x x f x A εδδε→=??>?><-<-<当时恒有
(5) 0
0lim ()0,0,0,().x x f x A x x f x A εδδε-
→=??>?>-<-<-<当时恒有 (6) 0
0lim ()0,0,0,().x x f x A x x f x A εδδε+
→=??>?><-<-<当时恒有 上述左极限0
lim ()x x f x -→和右极限0
lim ()x x f x +
→也可以写成0(0)f x -和0(0)f x +. 定理:0
00lim ()(0)(0).x x f x A f x f x A →=?-=+=
非正常极限定义(只列出2个,其余可以类似写出):
(1) 0
lim ()x x f x →=-∞00,0,0||,().M x x f x M δδ??>?><-<<-当时恒有
(2) lim ()x f x →∞
=+∞0,0,||,().M k x k f x M ??>?>>>当时恒有
2. 函数极限的基本性质
下面只以0
lim ()x x f x →为代表来说明,其余类型极限的性质可以类似写出.
(1) 唯一性定理:若0
lim ()x x f x →存在,则极限唯一.
(2) 局部有界性定理:若0
lim ()x x f x →存在,则()f x 在0x 的某个空心邻域0
0()U x 内有界.
(3) 局部保号性定理:若0
lim (),x x f x A →=则r A ?<(或r A >),0,δ?>当0
0(,)x U x δ∈时,有()f x r >(或()f x r <).
(4)保不等性定理:设0
lim ()x x f x →与0
lim ()x x g x →都存在,且在某邻域00(;)U x δ内有()(),f x g x ≤则0
lim ()lim ().
x x x x f x g x →→≤
(5) 迫敛性定理:设0
lim ()lim (), x x x x f x g x A →→==且在某邻域00(;)U x δ内有()() (),f x h x g x ≤≤ 则0
lim ().x x h x A →=
(6) 四则运算法则:
lim (),lim (),(1)lim(()());
(2)lim ()();
()(3)
lim
,0.()x x x x x x x x x x f x A g x B f x g x A B f x g x A B f x A
B g x B
→→→→→==±=±?=?=≠设则
其中
3.函数极限存在的条件
(1) 归结原则(也称为海涅定理):设()f x 在00(;)U x δ内有定义. 0
lim ()x x f x →存在?任意含于邻域00(;)U x δ且以0x 为
极限的数列{},n x 极限lim ()n n f x →∞
存在且相等.
(2) 柯西准则:设函数()f x 在邻域00(;
')U x δ内有定义. 0
lim ()x x f x →存在?0,ε?>?正数
('),δδ<00
',''(;),x x U
x δ?∈有|(')('')|.f x f x ε-<
4. 两个重要极限
(1) 0sin lim
1.x x
x
→=
(2) 1lim(1).x
x e x
→∞+=
由归结原则得1lim(1).
n
n e n
→∞+=
5. 无穷小量与无穷大量(1) 无穷小量定义:
i) 设函数()f x 在某邻域00(;)U x δ内有定义. 若0
lim ()0x x f x →=, 则称()f x 为当0x x →时的无穷小量.
ii) 设函数()g x 在某邻域00(;)U x δ内有界,则称()g x 为当0x x →时的有界量.
由无穷小量的定义可知,两个(相同类型的)无穷小量之和、差、积仍为无穷小量;无穷小量与有界量的乘积为无穷小量.
(2) 定理:0
lim ()()(),x x f x A f x A x α→=?=+其中()x α是当0x x →时的无穷小.
(3) 无穷小量阶的比较
无穷小量是以0为极限的函数,而不同的无穷小量收敛于0的速度有快有慢. 若无穷小量f 与g 满足()
()
lim
0x x f x g x →=,则称当0x x →时f 为g 的高阶无穷小量,g 为f 的低阶无穷小量,记作()()()f x g x ο=(0x x →).特别,f 为当0x x →时的无穷小量,记作()()1f x ο=(0x x →).
若存在正数K 和L ,使得在某邻域()0
0U
x 上有()
()
f x K L
g x ≤
≤,则称无穷小量f 与g 为当0x x →时的同阶无穷小量.特别当()
0lim 0()
x x f x c g x →=≠时,f 与g 必为同阶无穷小量.
若无穷小量f 与g 满足
()()
f x L
g x ≤,()00x U x ∈,
则记作()()()0( ).f x O g x x x =→ 特别,若f 在某()0
0U x 内有界,则记为()()1f x O =(0x x →).甚至当()()()0( )f x o g x x x =→ 时,也有()()()
f x O
g x =(0x x →).
若无穷小量f 与g 满足()
lim
1()
x x f x g x →=,则称f 与g 为当0x x → 时的等价无穷小量,记作()()~f x g x (0x x →).
应指出,并不是任何两个无穷小量都可以进行这种阶的比较.例如,当0x → 时,1sin x x
和2
x 都是无穷小量,但它们的比
21
sin
x x x =11sin x x 或 21sin x x x =1sin x x
当0x → 时都不是有界量,所以这两个无穷小量不能进行阶的比较. 下述定理表明了等价无穷小量在求极限问题中的作用.
定理: 设函数f ,g ,h 在邻域()00U x 内有定义,且有()()~f x g x (0x x →). ⅰ) 若()()0
lim x x f x h x A →=,则()()0
lim ;x x g x h x A →=
ⅱ) 若()()0
lim
x x h x B f x →=,则 ()
()
0lim .x x h x B g x →=
(4) 无穷大量
定义:对于自变量x 的某种趋向(或n →∞时),所有以∞、+∞或-∞为非正常极限的函数(包括数列),都称无穷大量.
定理:ⅰ)设f 在()00U x 内有定义且不等于0.若f 为当0x x →时的无穷小量,则1
f
为当0x x →时的无穷大量. ⅱ)若g 为当0x x →时的无穷大量,则
1
g
为当0x x →时的无穷小量. 由上述定理,对无穷大量的讨论可归结为无穷小量的研究.
(三)一元函数的连续性
1. 函数在点0x 连续的定义: 设函数()f x 在0x 的某邻域内有定义. 若()()0
0lim ,x x f x f x →= 则称函数()f x 在0x 点
连续.
若记()()00,x x x y f x f x ?=-?=- ,则()()0
0lim x x f x f x →= 的等价叙述为0
lim 0x y ?→?=,于是函数()f x 在0x 点
连续的定义又可以写成:
定义: 设函数()f x 在0x 的某邻域内有定义. 若0
lim 0x y ?→?=,则称()f x 在0x 点连续.
改用εσ-语言叙述,则()f x 在0x 点连续可以定义为:
定义: 设函数()f x 在0x 的某邻域内有定义. 若对0ε?>,0δ?>使得当0x x δ-<时,都有
()()0f x f x ε-<, 则称()f x 在0x 点连续.
2. 函数在点0x 左、右连续的定义
相应于在0x 的左、右极限的概念,我们给出左右连续的定义如下:
定义: 设函数()f x 在0x 的某左(右)邻域内有定义. 若()()0
0lim x x f x f x -→=(或()()0
0lim x x f x f x +→=), 则称()
f x 在0x 左(或右)连续.
定理: 函数()f x 在0x 点连续?()f x 在0x 点既左连续又右连续. 与上述定理等价的否定叙述:
定理: 函数()f x 在0x 点不连续?()f x 在0x 点或不左连续或不右连续. 3. 函数的间断点(不连续点)及其分类
定义:设函数f 在某领域()00U x 内有定义. 若f 在点0x 无定义,或在点0x 有定义但不连续,则称点0x 为函数f 的间断点或不连续点.
由连续的定义知,函数()f x 在0x 点不连续必出现如下3种情形之一:
i )()0
lim x x f x A →=,而f 在点0x 无定义,或有定义但()()0
0lim x x f x A f x →=≠;
ii ) 左、右极限都存在,但不相等; iii ) 左、右极限至少一个不存在. 据此,函数()f x 的间断点可作如下分类: i ) 可去间断点
若()0
lim x x f x A →=(存在),而f 在点0x 无定义,或有定义但()()0
0lim x x f x A f x →=≠,则称0x 为可去间断点(或可
去不连续点).
ii )
跳跃间断点
若0)(x x f 在点的左、右极限都存在,但不相等(即0(0)f x +与0(0)f x - 均存在,但00(0)(0)f x f x +≠-),则称0x 为()f x 的跳跃间断点.
注:可去间断点与跳跃间断点统称)(x f 的第一类间断点. iii ) 第二类间断点
若0(0)f x +与0(0)f x -至少有一个不存在,则称0x 为)(x f 的第二类间断点.
定义: 若函数)(x f 在区间I 上每一点都连续,则称)(x f 为I 上的连续函数. 对于区间端点上的连续性,则按左、右连续来确定.
定义: 如果)(x f 在区间[],a b 上仅有有限个第一类不连续点,则称函数)(x f 在区间[],a b 上按段连续. 4. 连续函数的性质
局部有界性定理: 若函数)(x f 在0x 点连续,则)(x f 在0x 点的某邻域内有界.
局部保号性定理: 若函数)(x f 在0x 点连续,且()0f x α>(或()0f x β<),则对'
αα?<(或'ββ>),?某邻域
()0,U x 当()0x U x ∈时,有()'f x α>(或()'f x β<).
四则运算性质: 若函数()(),f x g x 在区间I 上有定义,且都在0x I ∈连续,则()()()()()(),,f x g x f x g x f x g x ±(()00g x ≠)在0x 点连续.
复合函数连续性定理: 若函数()f x 在0x 点连续,()g u 在0u 点连续,()00u f x =,则复合函数()()
g f x 在0x 点连续.
定义:设()f x 为定义在数集D 上的函数. 若?0x D ∈,使得对?x D ∈都有()()0f x f x ≥(或()()0f x f x ≤),则称在D 上有最大值(或最小值),称0x 为f 在D 上的最大值点(或最小值点),并称()0f x 为f 在D 上的最大值(或最小值).
闭区间上连续函数的基本性质:
最大最小值定理: 若函数()f x 在闭区间[],a b 上连续,则()f x 在闭区间[],a b 上有最大值与最小值. 有界性推论:若函数()f x 在闭区间[],a b 上连续,则()f x 在闭区间[],a b 上有界.
介值性定理: 若函数()f x 在闭区间[],a b 上连续,且()()f a f b ≠,μ为介于()f a 与()f b 之间的任何实数(()()f a f b μ<<或()()f b f a μ<<),则在开区间(),a b 内至少存在一点0x ,使得()0.f x μ=
根的存在定理: 若函数()f x 在闭区间[],a b 上连续,且()f a 与()f b 异号,则至少存在一点()0,x a b ∈ 使得
()00,f x =即()0f x =在(),a b 内至少有一个实根.
反函数的连续性定理: 若连续函数()f x 在闭区间[],a b 上严格递增(递减),则其反函数()1f y -在相应的定义域
()(),f a f b ????(或()(),f b f a ????)上递增(递减)且连续.
5. 一致连续性
一致连续性定义:设函数()f x 在区间I 上有定义. 若0,ε?>()0δδε?=>, 当12,x x I ∈且12x x δ-<时,有
()()12,f x f x ε-< 则称()f x 在区间I 上一致连续.
注意:这里的δ只与0ε>有关,与(1,2)i x i =的位置无关.
区间I 上的连续函数()f x ?1,x I ?∈0,ε?>()1'',0,x δδε?=> 当2x I ∈且12'x x δ-<时,有
()()12.f x f x ε-< 这就是说,连续函数里的'δ与预先取定的点1x 的位置有关,区间I 上的无穷多个点,对应无穷多个
'δ,这无穷多个'δ的下确界可能为零,也可能大于零. 如果这无穷多个'δ的下确界为零,则不存在对I 上所有点都适合
的公共()0δδε=>,这时()f x 在I 上连续,但不一致连续;如果这无穷多个'δ的下确界大于零,则必存在对I 上每一点都适用的公共()0δδε=>,如我们可取inf{'},δδ=则对I 上任意两点12,x x I ∈,当12x x δ-<时,便有
()()12.f x f x ε-< 这种情况,()f x 在I 上连续就成为一致连续.
一致连续性定理:若函数()f x 在闭区间[],a b 上连续,则()f x 在[],a b 上一致连续. 定理:一切基本初等函数都是定义域上的连续函数.
因为任何一个初等函数都是由基本初等函数经过有限次四则运算与复合运算所得到,故任何初等函数都是定义域上的连续函数.
(四)多元函数的极限与连续
1.点列与二元函数的极限 (1) 点列极限与二重极限
设{}n x 是X 轴上的一个点列,{}n y 是Y 轴上的一个点列,则以n x ,n y 为坐标的所有点
(){},n
n
x y 组成平面上的一个
点列记作{}n P .又设0P
是平面上的一点,坐标是()00,x y .若0,ε?>?正整数N ,当n N >时,有
()0,n P P ρε=<,就称{}n P 收敛于0P ,记作0lim .n n P
P →∞
=
点列收敛的柯西准则:平面点列{}n P 收敛?0,0,N ε?>?>当N n >时,对一切正整数k ,都有(),.n n k P P ρε+< 定义: 设f 为定义在2
D R ?上的二元函数,0P 为的D 的一个聚点,A 是一个确定的实数. 若0,ε?>?0,δ> 使得当()D P U P o δ;0∈时,都有(),ε<-A P f 则称f 在D 上当0P P →时以A 为极限,记作()0
lim .P P P D
f P A →∈=
在对D P ∈不致产生误解时,也可简单地写作()0
lim .P P f P A →= 当0,P P 分别用坐标()()00,,,y x y x 表示时,
()0
lim P P f P A →=也常写作
()00(,)(,)
lim
,.x y x y f x y A →=
定理:()0lim P P P D
f P A →∈=?对D 的每一个子集E ,只要点0P 是
E 的聚点,就有()0lim P P P E
f P A →∈=. 推论:i) 设1E D ?,0P 是1E 的聚点. 若极限()0
1
lim P P P E f P →∈不存在,则极限()0lim P P P D
f P →∈也不存在.
ii) 设12,E E D ?, 0P 是1E 和2E 的聚点. 若存在极限()0
1
1lim P P P E f P A →∈=, ()02
2lim P P P E f P A →∈=, 但12A A ≠, 则极限
()0lim P P P D
f P →∈不存在.
iii) 极限()0
lim P P P D
f P →∈存在?对D 内任一点列{}n P , 0n P P →但0n P P ≠,数列(){}
n f P 收敛.
定义: 设D 为二元函数f 的定义域,),(000y x P 是D 的一个聚点. 若对0,M ?>总存在0P 的一个δ邻域()00;U P δ,
使得当()()0
0,;P x y U
P D δ∈ 时,都有()f P M >,则称f 在D 上当0P P →时,存在非正常极限+∞,记作
()()
()00,,lim
,.x y x y f x y →=+∞ 类似定义
()()
()00,,lim
,x y x y f x y →=-∞和
()()
()00,,lim
,.x y x y f x y →=∞
(2) 累次极限 在前面研究的极限
),(lim
)
,(),(00y x f y x y x →中,两个自变量y x ,同时以任何方式趋于00,,x y 这种极限也称为二重极限. 这
一段考察x 与y 依一定的先后顺序相继趋于0x 与0y 时f 的极限,这种极限称为累次极限.
定义:设,,x y E E R ? 0x 是x E 的聚点,0y 是y E 的聚点,二元函数f 在集合x y D E E =?上有定义. 若对每一个
0,y y E y y ≠∈,存在极限),,(lim 0
y x f x
E x x x ∈→由于此极限一般与y 有关,因此记作
()),,(lim 0y x f y x
E x x x ∈→=?
而且进一步存在极限
(),lim 0y L y
E y y y ?∈→=
则称此极限为二元函数f 先对()0x x →后对()0y y →的累次极限,并记作 ),(lim lim 00y x f L x
y E x x x E y y y ∈→∈→=
或简记作
).,(lim lim 0
0y x f L x x y y →→=
类似地可以定义先对y 后对x 的累次极限
).,(lim lim 0
0y x f K x x y y →→=
注:i) 两个累次极限存在时,可能不相等. 例如:
设y x y x y x y x f +++-=2
2),(,它关于原点的两个累次极限分别为
.1)1(lim lim lim lim 0202200-=-=-=+++-→→→→y y
y
y y x y x y x y y x y
与
.1)1(lim lim lim lim 0202200=+=-=+++-→→→→x x
x
x y x y x y x x x y x
ii) 两个累次极限中的一个存在时,另一个可能不存在.例如函数1
(,)sin f x y x y
=在点(0,0)的情形. iii) 二重极限存在时,两个累次极限可能不存在(见例题).
iV) 两个累次极限存在(甚至相等),二重极限可能不存在(见例题).
综上, 二重极限、两个累次极限三者的存在性彼此没有关系. 但有以下确定关系: 定理:若二重极限
()()
()00,,lim
,x y x y f x y →和累次极限()00
lim lim ,x x y y f x y →→ (或另一次序)都存在, 则二者必相等.
推论:i) 二重极限和两个累次极限三者都存在时,三者相等. ii) 两个累次极限存在但不相等时,二重极限不存在. 3. 二元函数的连续性 (1) 连续性概念
定义: 设f 为定义在点集2
R D ?上的二元函数. 0P D ∈(它或者是
D 的聚点,或者是D 的孤立点). 若0,0,εδ?>?>只要(),;D P U P δ0∈就有()()ε<-0P f P f ,则称f 关于集合D 在点0P 连续. 在不至于误解的情
况下,也称f 在点0P 连续.
设()000,y x P 、()00,,,y y y x x x D y x P -=?-=?∈则称
()()()0000,,,y x f y x f y x f z -=?=?()()0000,,y x f y y x x f -?+?+=
为函数f 在点0P 的全增量. 和一元函数一样,可用增量形式来描述连续性,即当
0lim
),()
0,0(),(=?∈→??z D
y x y x 时,f 在点0P 连续.
如果在全增量中取0=?x 或0=?y ,则相应的函数增量称为偏增量,记作 ()00,y x f x ?()()0000,,y x f y x x f -?+=, ()00,y x f y ?()().,,0000y x f y y x f -?+= 一般说来,函数的全增量并不等于相应的两个偏增量之和.
若一个偏增量的极限为零,例如()000
lim ,0,x x f x y ?→?=它表示在f 的两个自变量中,当固定0y y =时,()0,y x f 作为x
的一元函数0x 在连续. 同理,若().0,lim 000
=?→?y x f y y 则表示一元函数()y x f ,0在0y 连续.
容易证明,当f 在其定义域的内点()00,y x 连续时,()0,y x f 在0x 和()y x f ,0在0y 都连续. 但是反过来,二元函数对单个自变量都连续并不能保证该函数的连续性.
(2) 连续函数的性质
局部保号性定理:若二元函数f 在点()000,y x P 连续,并且存在实数A (或B )使得0()f P A >(或0()f P B <),则存在0P 的邻域0(;)U P δ,当0(;)P U P
δ∈时有()f P A >(或()f P B <). 局部有界性定理:若二元函数f 在点()000,y x P 连续,则f 在0P 的某个邻域0(;)U P δ上有界. 四则运算性质: 两个连续函数的和、差、积、商(若分母不为0)都是连续函数.
复合函数的连续性定理:设函数()y x u ,?=和()y x v ,φ=在xy 平面上点()000,y x P 的某邻域内有定义,并在点0P 连续;函数()v u f ,在uv 平面上点()000,v u Q 的某邻域内有定义,并在点0Q 连续,其中()000,y x u ?=,()000,y x v φ=.则复合函数()[]),(),,(,y x y x f y x g φ?=在点0P 也连续.
(3) 二元初等函数及其连续性
与一元函数类似,二元连续函数经过四则运算和复合运算后仍为二元连续函数. 由x 和y 的基本初等函数经过有限次的四则运算和复合所构成的可用一个式子表示的二元函数称为二元初等函数.
一切二元初等函数在其定义区域内是连续的. 这里定义区域是指包含在定义域内的区域. 利用这个结论,当要求某个二元初等函数在其定义区域内一点的极限时,只要算出函数在该点的函数值即可.
4. 有界闭区域上连续函数的性质
(1) 有界性与最值性定理: 若函数f 在有界闭域2
R D ?上连续,则f 在D 上有界,且能取得最大值与最小值. (2) 一致连续性: 若函数f 在有界闭域2
R D ?上连续,则f 在D 上一致连续, 即0,0,εδ?>?>使得,,P Q D ?∈只要(),,P Q ρδ<就有()()ε<-Q f P f .
(3) 介值性与零点定理:设函数f 在区域2R D ?连续,若21,P P 为D 中任意两点,且()()21P f P f <,则对任何满足
不等式()()21P f P f <<μ的实数μ,存在点D P ∈0,使得()μ=0P f .
四、基本例题解题点击
【例1】按N ε-定义证明!
lim
0.n
n n n →∞=
【提示】在用N ε-定义证明极限时,先写出定义,运用放缩法,找到合适的N 即可. 【证明】0,ε?> 1
,N ε
?=
当n N >时,有
!110.n n n n N
ε-≤<= 因此 !
lim 0.n
n n n →∞= ■
【例2】求极限111lim(
).1223(1)
n n n →∞
++??+
【提示】
111
.(1)1n n n n =-++
【解】111lim(
)1223(1)
n n n →∞
++??+ 11111
lim[(1)()()]2231
n n n →∞=-+-++-+ 1
lim(1) 1.1
n n →∞=-=+ ■
【例3
】求极限n →∞
【提示】用极限的迫敛性定理. 【解
1,<
+<
=
且1,lim11,n n n →∞
===
由极限的迫敛性定理,得
1.n →∞
+
= ■
【例4】应用柯西收敛准则,证明数列{}n a 收敛,其中2sin1sin 2sin .222
n n n
a =+++ 【提示】利用柯西收敛准则和三角函数有界性. 【证明】0ε?>,2
1
log ,N ε
?=,n m N ?>> 有
()()12sin 1sin 2sin 222
n m m m n
m m n
a a ++++-=+++
1211
11
1
1121222212
n m m m n m -+++-
≤+++=?-
11111.122212
m m N ε+=<=-
故由柯西收敛准则知数列{}n a 收敛. ■
【例5】计算.n n
π
【提示
】定义函数(),f x n
π
= 再用极限四则运算、归结原则和等价无穷小量求解.
【解】
记函数(),f x x
π
=
则有
sin
lim lim)0.
x x
x
x
x
π
π
π
→+∞
==
故由归结原则得
l i s i n0.
n n
π
=■
【例6】设()
1
011
1
011
m m
m m
n n
n n
a x a x a x a
f x
b x b x b x b
-
-
-
-
++++
=
++++
,
00
0,0,
a b m n
≠≠≤,求()
lim
x
f x
→+∞
.
【提示】极限的四则运算法则和12
lim lim lim0.
n
x x x
x x x
---
→+∞→+∞→+∞
====
【解】因()
1
01
11
011
lim lim
m n m n n
m
n n
x x
n n
a x a x a x
f x
b b x b x b x
----
---
→+∞→+∞
-
+++
=
++++
,
12
lim lim lim0,
n
x x x
x x x
---
→+∞→+∞→+∞
====
当m n
≤时,12
lim lim lim0;
m n m n n
x x x
x x x
-----
→+∞→+∞→+∞
====
当m n
=时,lim1
m n
x
x-
→+∞
=;
当m n
<时,lim0.
m n
x
x-
→+∞
=
故由极限的四则运算法则,有()
,;
lim
0,.
x
a
m n
b
f x
m n
→+∞
?
=
?
=?
?<
?
■
【例7】设()()
0,lim
x x
f x f x A
→
>=.证明
lim
x x
→
=其中2
n≥为整数.
【提示】当0
A=时,直接利用函数极限定义证明.当0
A>
分子有理化,然后利用放缩法证明. 【证明】因为()0
f x>,故()
lim0
x x
f x A
→
=≥.
若0
A=,由()
lim
x x
f x A
→
=,则0,0,
εδ
?>?>当
0x xδ
<-<时,有()().
f x A f x
ε
-=<所以,
=
即
lim0
x x
→
==
若0
A>,由()
lim
x x
f x A
→
=,则0,0,
εδ
?>?>当
0x xδ
<-<时,有().
f x Aε
-<从而有
=
(
)
.
f x A
<-<
故
lim
x x
→
=■
【例8
】求极限0x →
【提示】利用重要极限0sin lim
1x x
x
→=及函数极限的运算法则.
【解】 当11x -<<
2
.2
x ==
故22002lim lim 1cos 2sin 2x x x x x →→=-?
? ?
?
?2
2
2220sin 2
2lim[]11sin 22x x x x x →??
???=?=?=?? ??
? ■
【例9】证明:若
f 在点0x 连续,则f 与2f 也在0x 连续. 又问:若f 或2f 在I 上连续,那么f 在I 上是否必连续?
【提示】要证2f 连续,证2f f f =?即可,要证f
连续,证f =f 或2f 连续不一定有f 连续.
【证明】由()f x 在0x x =连续,得()()0
0lim x x f x f x →=,从而
()()()()0
2
20lim lim
lim ,x x x x x x
f
x f x f x f x →→→=?=
再由例7的结论知 ()
()0
0lim lim
,x x x x f x f x →→==
故f 与2f 也在0x x =连续.
构造函数1(0)
(),1(0)
x f x x ≥?=?
- 则,x R ?∈有2()1,()1,f x f x == 即2(),()f x f x 在R 上连续,但()f x 在0x =不
连续,故()f x 在R 上不连续. 因此,由f 或2f 在I 上连续不能断定
f 在I 上连续. ■
【例10】 设f 在[],a b 上连续,[]12,,,n x x x a b ∈ .证明:存在[],a b ξ∈,使得
()()()()121
n f f x f x f x n
ξ=
++???? . 【提示】f 在[],a b 上连续,则存在最大值和最小值,利用连续函数介值性定理.
【证明】设()()()(){}
12max ,,,,i n f x f x f x f x = ()()()(){}
12min ,,.j n f x f x f x f x = 不失一般性,设.i j x x < (1)若()()
,i j f x f x =则()()()12n f x f x f x === ,此时有
()()()()121
,k n f x f x f x f x n
=
+++???? 1,2,,.k n = 取k x ξ=即可. (2)若()()
i j f x f x ≠,则
()
()()()()121
.j n i f x f x f x f x f x n
<
+++??? 由连续函数介值性定理知,[](,),,i j x x a b ξ?∈?使得
()()()()121
.n f f x f x f x n ξ=
+++???
? 由此本题得证. ■
五、扩展例题解题点击
【例1】 设1,m a a 为m 个正数. 证明:
{}12max ,,.m n a a a =
【提示】运用迫敛性定理和1(0).n m =>
【证明】设{}12max ,,,m a a a A = 则有A ≤
≤
因lim ,lim ,n n A A A →∞
→∞
==故由极限的迫敛性定理,得
{}12max ,,.m n a a a = 【延伸】:设<<1,2,...)i a M n =0(. 试证明:
{}sup .n n n
a
【提示】:与前面方法类似(运用 1.n =) ■
【例2】设数列{}n a 满足:存在正数M ,对一切n 有
21321.n n n A a a a a a a M -=-+-++-≤
证明:数列{}n a 与{}n A 都收敛.
【提示】利用单调有界原理,柯西收敛准则及绝对值不等式证明.
【证明】由,n A M ≤且11n n n n A A a a +--=-≥0,知{}n A 为单调有界数列. 由单调有界原理知{}n A 收敛.
因
{}
n A 收敛,故由柯西收敛准则知,0,0,N ε?>?>当n m N ≥>时有.n m A A ε-< 而
()()()1121n m n n n n m m a a a a a a a a ---+-=-+-++-
1121n n n n m m a a a a a a ---+≤-+-++- .n m A A ε=-<
由柯西收敛准则知{}n a 收敛,故{}n a 与{}n A 都收敛. ■
【例3】设 1.a > 证明:lim 0.a
n n n a
→∞=
【提示】令a b =+1,利用二项式定理把分母n
a 展开,利用放缩法和基本例题中的例6.
【证明】令[]a 表示a 的整数部分,b a =-1,显然>b 0. 故
[][]()
1
1
0.1a a a n
n n n n n a a b ++<≤=+ 当[]2n a >+时,()[][]22
1.n
a a n
b
c b +++>
因此,[
]()
[][][]1
1
22
<
.1a a n
a a n
n n c b
b ++++<
+0
因[
][][]1
22lim 0,a a a n n
n c b
+++→∞
= 故由迫敛性定理知,当1a >时,lim 0.a
n n n a
→∞= ■
【例4】计算10
lim .x
x x +
→ (上海大学2001年考研试题) 【提示】先用数列1n ??????
代替x ,猜测出极限的值,然后考虑用迫敛性定理.
【解】在区间()0,1内,1
0,x
x x << 而0
lim 0,x x +
→= 故由迫敛性定理知,10
lim 0.x
x x +
→= ■
【例5】已知323lim 0.1x x x ax bx c x →+∞
??
++---= ?+??
求,a b 与c 的值.
【提示】此题中2
ax bx c ++实际上就是33
1
x x x +++的整式部分.
【解】因323lim 0,1x x x ax bx c x →+∞
??
++---= ?+??
故 ()()()()()3233223lim 113lim 0213lim 031x x x x x ax bx c x x x c ax b x x x x x b c a x x x x →+∞→+∞→+∞???++?--= ?+????
??++?
---= ?? ?+???
?
??++?---= ? ??+???
由(3)与极限四则运算法则,得:
()
323lim 1.1x x x a x x →+∞++==+
把1a =代入(2),得:
()()3333lim lim 1.11x x x x x x b ax x x x x x →+∞→+∞????
++++=-=-=- ? ? ? ?++????
同理,把1,1a b ==-代入(1),得c =2. ■
【例6】设lim n n a A →∞
=(或∞+或∞-),则
()121
lim
n n a a a A n
→∞+++= (或∞+或∞-). 问:反之是否成立?
【提示】利用极限定义和绝对值不等式证明.
【证明】由极限定义知,1>0,,N N ε+??∈当1n N >时,有,n a A ε-<
故当1n N >时,有
1212
n n a a a a a a nA
A n n
++++++--= 112N a A a A a A
n
-+-++-≤
1112N N n a A a A a A
n
++-+-++-+
1121
.N a A a A a A
n N n
n
ε-+-++--≤
+
? 记112N a A a A a A b -+-++-= ,因lim 0,n b
n
→∞= 故2N N +?∈, 当2n N >时有
.b
n
ε< 取{}12max ,N N N =, 当n N >时,
121
2.n a a a n N b A n n n
εεεε+++--≤+?<+=
因此 ()121
lim
.n n a a a A n
→∞+++= ∞+或∞-的情形可类似进行证明.
反之,若()121lim n n a a a A n →∞+++= ,则不能得出lim n n a A →∞=. 例如,取(1),n n a =- 则()121lim 0,n n a a a n
→∞+++= 而lim n n a →∞不存在; 取2121,n a n -≡- 20,n a = 则()121
lim ,n n a a a n
→∞+++=+∞ 而lim n n a →∞不存在;∞-的情形类似. ■
【例7】设函数f 定义在(),a +∞上,f 在每一个有限区间内有界,并满足
()()lim 1,x f x f x A →+∞
+-= 则()
lim
.x f x A x
→+∞
= 【提示】运用极限的定义,由题设条件推出结论成立.
【证明】由题设()()lim 1,x f x f x A →+∞
+-= 则00,,x a ε?>?> 使得当0x x ≥时,有
()()()1.1f x f x A ε+--<
?0,x x > 记[]00,,m x x k x x m =-=-- 则1,k ≤<0 于是0,x x m k =++因而有
()()()()000f x f x f x k f x k x k m A A A x x m x x -++??+-=-+- ??? ()()()()0002f x f x k f x k x k m A A x m x x -++??+≤-++ ???
. 由(1)式可得
()()0f x f x k m A x m -+??- ???
()()()0
01
11m
i f x
k i f x k i mA m
=≤++-++--∑
()()()00111
1.3m i f x k i f x k i A m m m
εε==++-++--?=∑ 又由于()f x 在()0,1a x +上有界,则()0lim 0x f x k x
→+∞
+=及0lim 0x x k
A x →+∞+=,
于是1,x a ?> 使得当1x x >时,有
()()00;.4f x k x k
A x x
εε++<< 取{}01max ,,X x x = 于是当x X >时,由(2)、(3)与(4)便有
()
3.f x A x
εεεε-≤++= 故 ()
lim .x f x A x
→+∞
= ■
【例8】设f 为区间I 上的单调函数,证明:若0x I ∈为f 的间断点,则0x 必是f 的第一类间断点. 【提示】利用确界与极限关系,证明f 在0x 的左右极限均存在. 【证明】若f 为区间I 上的单调增函数,取()0
0U ,x I ? 且满足()0012U ,,,x x x x I ?∈?∈使得12,x x x <<则f 在()
00U x 上为有界函数. 由()()
()0
00U 0inf ,x x f x f x +∈+= ()()
()000U 0sup ,x x f x f x -∈-= 知道f 在0x 左、右极限均存在. 因此,0x 若为
f 的间断点,则0x 必为f 的第一类间断点. 若f 为区间I 上的单调减函数,则令()(),
g x f x =-则()g x 为I 上的单调增
函数,从而
()()()
(){}()
()0
00000U U 00inf sup ,x x x x f x g x f x f x ++∈∈+=-+=--= ()()()
(){}()
()000000U U 00sup
inf
.x x x x f x g x f x f x --
∈∈-=--=--=
因此,结论也成立. ■
【例9】设函数f 为区间I 上满足利谱希茨条件(Lipschitz ),即存在常数0,L >使得对于 I 上的任意两点'x 与''
x 都有
()()''''''.f x f x L x x -≤- 证明:f 在I 上一致连续.
【证明】0,ε?> 取0,δε=> 则''',,x x I ?∈ 且'''
,x x δ-< 有
()()''''''.f x f x L x x L ε-≤-<
故f 在I 上一致连续. ■
【例10】设{}n a 是有界数列,且12,n n n a a b ++= 若lim n n b →∞
存在,则lim n n a →∞
也存在(北京大学2009年考研试题).
【证明】因{}n a 有界,故,M ? 使得,n ? 有.n a M ≤
因lim n n b →∞
存在(令其值为b ),故0,,N ε?>? 当n N >时,有
,n b b ε-< 即.n b b b εε<<+-
因12,n n n a a b ++= 故有12.n n b a a b εε+<+<+- 下面用反证法证明1
1
.33
n b a b εε<<-2+2 反设1
,3
n a b ε≥
+2 由12n n a a b ε++<+得 1123n b a b εε+??
+<+ ???
+2,即113.3n a b ε+<-
因()2112,,n n n a a b b b εε++++=∈+- 故有
2123,3n b a b εε+??
-+> ???
-即215.3n a b ε+>+
依此类推,于是得
()221
21.3
k n k a b ε+>+-
因此,当k 充分大时,有2.n k a M +>(例如当21
log 12M b k ε?+?+ ???
>时)
这与{}n a 为有界数列矛盾. 于是1.3n a b ε<
+2 同理可证1
.3
n a b ε>-2 因此,0,,N ε?>?当n N >时有1
.3
n a b ε-<2 故{}n a 收敛. ■
六、本章训练题提示点评 【训练题1】证明函数()1
cos
x
f x e x
=在()01,内非一致连续.(云南大学2004年考研试题) 【提示】利用非一致连续的定义证明. 【证明】01211
10,0,,,222
x x k k εδπππ?=>?>?=
=+当正整数k 充分大时有12||x x δ-<(例如当12k δπ>
时),故有 121012
11cos
cos 1.x x x e e e x x ε-=≥= 因此,命题成立. ■
【训练题2】已知()112,x
x x x
n
a a a f x n ??
+++=
???
其中123,,,n a a a a 为n 个正数.
求(1)()0
lim x f x →;(2)()lim x f x →+∞
与 ()lim .x f x →-∞
(2004年云南大学考研试题)
【解】(1)因12112200ln ln ln lim lim x x x x x x
n n n
x x a a a n a a a a a a nx n
→→+++-+++= (洛比达法则)
()12ln .n a a a n
=
故()12121200lim lim 1x x x
n n a a a n
n
n x
x x x a a a n n x x a a a n f x n +++-+++-→→????+++-??=+ ?????????
(
)
1212120ln lim
lim x x x
x x x n n n x a a a a a a n
a a a n nx
nx
n
x e
e
e
→+++-+++-→====
(2)由(1)知x =0是()f x 的可去间断点. 由初等函数在其定义域内的连续性知,
()()
()()
lim ln lim ln lim ,lim ,x x f x f x x x f x e f x e →+∞
→-∞
→+∞
→-∞
==
而 ()121
lim ln lim ln
,x x x
n x x a a a f x x n →+∞→+∞+++=? ()121
lim ln lim ln
.x x x
n x x a a a f x x n
→-∞→-∞+++=? 1 若{}max 1,i i
a =则当0x >时,12.x x x n a a a n <+++≤ 1
故()lim ln 0,x f x →+∞
= 即()lim 1.x f x →+∞
=
2 若{}min 1,i i
a = 则当0x <时,12.x x x n a a a n <+++≤ 1
故()lim ln 0,x f x →-∞
= 即()lim 1.x f x →-∞
=
3 若{}max 1,i i a ≠则12ln x x x
n
a a a n +++ 为x →+∞时的无穷大量.
故由洛比达法则得,
12112212ln ln ln 1
lim ln lim x x x x x x
n n n x x x x x n
a a a a a a a a a x n a a a →+∞→+∞++++++?=+++ {}()
ln max .i i
a =
因此,(){}lim max .i x i
f x a →+∞
=
4 若{}min 1,i i a ≠则12ln x x x
n
a a a n +++ 为x →-∞时的无穷大量.
故由洛比达法则得,
12112212ln ln ln 1
lim ln lim x x x x x x n n n x x x x x n
a a a a a a a a a x n a a a →-∞→-∞++++++?=+++ {}()
ln min .i i
a =
因此,(){}lim min .i x i
f x a →-∞
=
综合,2,3,4 1知,(){}(){}lim max ,lim min .i i x x i
i
f x a f x a →+∞
→-∞
== ■
【训练题3】设()2122lim 1
n n n x ax bx
f x x -→∞++=+是连续函数,求a ,b 的值.(福建师范大学2006年考研试题)
【提示】利用极限的四则运算法则和连续函数的定义.
【解】当1x >时,()23
2211lim
;1n n n a b
x x f x x x x
--→∞
+
+
==+
当1x <时,()2122lim 1
n n n x ax bx
f x x -→∞++=+2;ax bx =+ 当1x =-时,()()1
11;2
f a b -=-+- 当1x =时,()()1
11.2
f a b =
++ 因()f x 在1x =处连续,故()()
()111,f f f -+
==
即 ()1
11;2
a b a b +==
++ 因()f x 在1x =-处连续,故(
)()
()111,f f f -+
-=-=-
即()1
11.2
a b a b -=-=-+- 解方程组可得 0a =, 1.b = ■
【训练题4】求α和,β使得当x→+∞
等价于无穷小量.
xβ
α(上海大学2002年考
研试题).
【解】
lim lim
x t+
→+∞→
=
2
lim
t
tβ
α
+
→-
=
在右领域()()
0;1
Uδδ
+
<内,
()2
1
1,
2
t t
ο
=++
()2
1
1.
2
t t
ο
=-+
当
1
1,
2
αβ
==-
时,lim 1.
x xβ
α
→+∞
=
即当x→+∞
等价于无穷小量
1
2.
x-■
【训练题5】设()
f x在(),a b上连续,且f是一对一(即()
12
,,
x x a b
?∈且
12
x x
≠时,有()()
12
f x f x
≠),证明:()
f x 在(),a b上严格单调.
【证明】反证法. 反设()
f x在(),a b上非严格单调,
即()
123
,,,
x x x a b
?∈且
123
,
x x x
<<有()()()()
1232
,.
f x f x f x f x
<<
或()()()()
1232
,.
f x f x f x f x
>>(因f是一对一,故不能取等号)
若()()()()
1232
,
f x f x f x f x
<<成立,
取
()()()
{}
213
max,
,
2
f x f x f x
M
+
=
显然()2
M f x
<且()()
13
,.
M f x M f x
>>
在[]
12
,x x上()
f x连续,由介值性定理知,
()
412
,,
x x x
?∈使得()4,
f x M
=
同理()
523
,,
x x x
?∈使得()5.
f x M
=
于是()()
45
,
f x f x
=这与f在(),a b上一对一矛盾.
因此,当
123
x x x
<<时,()()
12
f x f x
<与()()
32
f x f x
<不能同时成立.
第二章-极限与连续--基础练习题(含解答)
第二章 极限与连续 基础练习题(作业) §2.1 数列的极限 一、观察并写出下列数列的极限: 1.4682, ,,357 极限为1 2.11111,,,,,2345--极限为0 3.212212?-??=?+???n n n n n n a n 为奇数为偶数极限为1 §2.2 函数的极限 一、画出函数图形,并根据函数图形写出下列函数极限: 1.lim →-∞x x e 极限为零 2.2 lim tan x x π → 无极限 3.lim arctan →-∞ x x 极限为2 π- 4.0 lim ln x x +→ 无极限,趋于-∞ 二、设2221,1()3,121,2x x f x x x x x x +??=-+?->? ,问当1x →,2x →时,()f x 的极限是否存在? 211lim ()lim(3)3x x f x x x ++→→=-+=;11 lim ()lim(21)3x x f x x --→→=+= 1 lim () 3.x f x →∴=
222lim ()lim(1)3x x f x x ++→→=-=;222 lim ()lim(3)53x x f x x x --→→=-+=≠ 2 lim ()x f x →∴不存在。 三、设()1 1 1x f x e =+,求 0x →时的左、右极限,并说明0x →时极限是否存在. ()1001lim lim 01x x x f x e ++→→==+ ()1 001 lim lim 11x x x f x e --→→==+ 0 lim ()x f x →∴不存在。 四、试讨论下列函数在0x →时极限是否存在. 1.绝对值函数()||=f x x ,存在极限为零 2.取整函数()[]=f x x 不存在 3.符号函数()sgn =f x x 不存在 §2.3 无穷小量与无穷大量 一、判断对错并说明理由: 1.1sin x x 是无穷小量. 错,无穷小量需相对极限过程而言,在某个极限过程中的无穷小量在其它极限过程中可能不再是无穷小量。当0x →时,1sin 0x x →;当1x →时,1sin sin1x x →不是无穷小量。 2.同一极限过程中两个无穷小量的商,未必是该极限过程中的无穷小量. 对,两个无穷小量的商是“0/0”型未定式,即可能是无穷小量,也可能是无穷大量或其它有极限但极限不为零的变量。 3.无穷大量一定是无界变量,而无界变量未必是无穷大量. 对,无穷大量绝对值无限增大因此一定是无界变量,但无界变量可能是个别点无限增大,变量并不能一致地大于任意给定的正数。 二、下列变量在哪些极限过程中是无穷大量,在哪些极限过程中是无穷小量: 1. 221 x x +-, 2x →-时,或x →∞时,为无穷小量; 1x →时,或1x →-时,为无穷大量。 2.1ln tan x ,k Z ∈
高等数学函数的极限与连续习题及答案
1、函数 ()12 ++=x x x f 与函数()11 3--=x x x g 相同. 错误 ∵当两个函数的定义域和函数关系相同时,则这两个函数是相同的。 ∴ ()12 ++=x x x f 与()113--=x x x g 函数关系相同,但定义域不同,所以()x f 与() x g 是不同的函数。 2、如果()M x f >(M 为一个常数),则()x f 为无穷大. 错误 根据无穷大的定义,此题是错误的。 3、如果数列有界,则极限存在. 错误 如:数列()n n x 1-=是有界数列,但极限不存在 4、a a n n =∞ →lim ,a a n n =∞ →lim . 错误 如:数列()n n a 1-=,1) 1(lim =-∞ →n n ,但n n )1(lim -∞ →不存在。 5、如果()A x f x =∞ →lim ,则()α+=A x f (当∞→x 时,α为无穷小). 正确 根据函数、极限值、无穷小量的关系,此题是正确的。 6、如果α~β,则()α=β-αo . 正确 ∵1lim =α β ,是 ∴01lim lim =?? ? ??-=-αβαβα,即βα-是α的高阶无穷小量。 7、当0→x 时,x cos 1-与2 x 是同阶无穷小. 正确 ∵2122sin 412lim 2sin 2lim cos 1lim 2 02 2020=????? ? ????==-→→→x x x x x x x x x 8、 01 sin lim lim 1sin lim 000=?=→→→x x x x x x x . 错误 ∵x x 1 sin lim 0→不存在,∴不可利用两个函数乘积求极限的法则计算。 9、 e x x x =?? ? ??+→11lim 0 . 错误 ∵e x x x =?? ? ??+∞ →11lim 10、点0=x 是函数x x y =的无穷间断点. 错误 =-→x x x 00lim 1lim 00-=--→x x x ,=+→x x x 00lim 1lim 00=+→x x x ∴点0=x 是函数x x y =的第一类间断点. 11、函数()x f x 1 =必在闭区间[]b a ,内取得最大值、最小值.
【精品】高等数学习题详解第2章 极限与连续
习题2-1 1.观察下列数列的变化趋势,写出其极限: (1)1n n x n =+; (2)2(1)n n x =--; (3)13(1)n n x n =+-; (4)2 11n x n =-。 解:(1)此数列为12341234,,,,,,23451n n x x x x x n =====+所以lim 1n n x →∞ =。 (2)12343,1,3,1,,2(1),n n x x x x x =====--所以原数列极限不存在。 (3)1234111131,3,3,3,,3(1),234n n x x x x x n =-=+=-=+=+- 所以lim 3n n x →∞ =。 (4)12342111111,1,1,1,,1,4916n x x x x x n =-=-=-=-=-所以lim 1n n x →∞ =- 2.下列说法是否正确: (1)收敛数列一定有界; (2)有界数列一定收敛; (3)无界数列一定发散;
(4)极限大于0的数列的通项也一定大于0. 解:(1)正确. (2)错误例如数列{}(-1)n 有界,但它不收敛。 (3)正确。 (4)错误例如数列21(1)n n x n ??=+-???? 极限为1,极限大于零,但是11x =-小于零。 *3。用数列极限的精确定义证明下列极限: (1)1 (1)lim 1n n n n -→∞+-=; (2)222lim 11 n n n n →∞-=++; (3)3 23125lim -=-+∞→n n n 证:(1)对于任给的正数ε,要使1(1)111n n n x n n ε-+--=-=<,只要1n ε >即可,所以可取正整数1 N ε≥. 因此,0ε?>,1N ε???=???? ,当n N >时,总有1(1)1n n n ε-+--<,所以
第二章极限习题及答案:函数的连续性
函数的连续性 分段函数的极限和连续性 例 设???????<<=<<=) 21( 1)1( 21 )10( )(x x x x x f (1)求)x f (在点1=x 处的左、右极限,函数)x f (在点1=x 处是否有极限? (2)函数)x f (在点1=x 处是否连续? (3)确定函数)x f (的连续区间. 分析:对于函数)x f (在给定点0x 处的连续性,关键是判断函数当0x x →时的极限是否等于)(0x f ;函数在某一区间上任一点处都连续,则在该区间上连续. 解:(1)1lim )(lim 1 1 ==- - →→x x f x x 11lim )(lim 1 1 ==++→→x x x f ∴1)(lim 1 =→x f x 函数)x f (在点1=x 处有极限. (2))(lim 2 1)1(1 x f f x →≠= 函数)x f (在点1=x 处不连续. (3)函数)x f (的连续区间是(0,1),(1,2). 说明:不能错误地认为)1(f 存在,则)x f (在1=x 处就连续.求分段函数在分界点0x 的左右极限,一定要注意在分界点左、右的解析式的不同.只有)(lim ),(lim )(lim 0 x f x f x f x x x x x x →→→+ - =才存在. 函数的图象及连续性 例 已知函数2 4)(2 +-= x x x f , (1)求)x f (的定义域,并作出函数的图象;
(2)求)x f (的不连续点0x ; (3)对)x f (补充定义,使其是R 上的连续函数. 分析:函数)x f (是一个分式函数,它的定义域是使分母不为零的自变量x 的取值范围,给函数)x f (补充定义,使其在R 上是连续函数,一般是先求)(lim 0 x f x x →,再让)(lim )(0 0x f x f x x →=即可. 解:(1)当02≠+x 时,有2-≠x . 因此,函数的定义域是()()+∞--∞-,22, 当2≠x 时,.22 4)(2 -=+-=x x x x f 其图象如下图. (2)由定义域知,函数)x f (的不连续点是20-=x . (3)因为当2≠x 时,2)(-=x x f 所以4)2(lim )(lim 2 2 -=-=-→-→x x f x x 因此,将)x f (的表达式改写为 ?? ? ??-=--≠+-=)2(4)2(2 4 )(2x x x x x f 则函数)x f (在R 上是连续函数. 说明:要作分式函数的图象,首先应对函数式进行化简,再作函数的图象,特别要注意化简后的函数与原来的函数定义域是否一致. 利用函数图象判定方程是否存在实数根 例 利用连续函数的图象特征,判定方程01523 =+-x x 是否存在实数根.
(完整版)大一高数第一章函数、极限与连续
第一章 函数、极限与连续 由于社会和科学发展的需要,到了17世纪,对物体运动的研究成为自然科学的中心问题.与之相适应,数学在经历了两千多年的发展之后进入了一个被称为“高等数学时期”的新时代,这一时代集中的特点是超越了希腊数学传统的观点,认识到“数”的研究比“形”更重要,以积极的态度开展对“无限”的研究,由常量数学发展为变量数学,微积分的创立更是这一时期最突出的成就之一.微积分研究的基本对象是定义在实数集上的函数. 极限是研究函数的一种基本方法,而连续性则是函数的一种重要属性.因此,本章内容是整个微积分学的基础.本章将简要地介绍高等数学的一些基本概念,其中重点介绍极限的概念、性质和运算性质,以及与极限概念密切相关的,并且在微积分运算中起重要作用的无穷小量的概念和性质.此外,还给出了两个极其重要的极限.随后,运用极限的概念引入函数的连续性概念,它是客观世界中广泛存在的连续变化这一现象的数学描述. 第一节 变量与函数 一、变量及其变化范围的常用表示法 在自然现象或工程技术中,常常会遇到各种各样的量.有一种量,在考察过程中是不断变化的,可以取得各种不同的数值,我们把这一类量叫做变量;另一类量在考察过程中保持不变,它取同样的数值,我们把这一类量叫做常量.变量的变化有跳跃性的,如自然数由小到大变化、数列的变化等,而更多的则是在某个范围内变化,即该变量的取值可以是某个范围内的任何一个数.变量取值范围常用区间来表示.满足不等式a x b ≤≤的实数的全体组成的集合叫做闭区间,记为,a b ????,即 ,{|}a b x a x b =≤≤????; 满足不等式a x b <<的实数的全体组成的集合叫做开区间,记为(,)a b ,即 (,){|}a b x a x b =<<; 满足不等式a x b <≤(或a x b ≤<)的实数的全体组成的集合叫做左(右)开右(左)闭区间,记为 (,a b ?? (或),a b ??),即 (,{|}a b x a x b =<≤?? (或),{|}a b x a x b =≤?), 左开右闭区间与右开左闭区间统称为半开半闭区间,实数a ,b 称为区间的端点. 以上这些区间都称为有限区间.数b a -称为区间的长度.此外还有无限区间: (){|}x x -∞+∞=-∞<<+∞=R ,, (,{|}b x x b -∞=-∞<≤??, (,){|}b x x b -∞=-∞<<, ){|}a x a x +∞=≤<+∞??, , (){|}a x a x +∞=<<+∞,, 等等. 这里记号“-∞”与“+∞”分别表示“负无穷大”与“正无穷大”. 邻域也是常用的一类区间. 设0x 是一个给定的实数,δ是某一正数,称数集:
《高等数学一》第二章极限与连续历年试题模拟试题课后习题(汇总)(含答案解析)
第二章极限与连续 [单选题] 1、 若x0时,函数f(x)为x2的高阶无穷小量,则=() A、0 B、 C、1 D、∞ 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 A 【您的答案】您未答题 【答案解析】 本题考察高阶无穷小. 根据高阶无穷小的定义,有. [单选题] 2、 与都存在是函数在点处有极限的(). A、必要条件 B、充分条件 C、充要条件 D、无关条件 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 A 【您的答案】您未答题 【答案解析】 时,极限存在的充分必要条件为左、右极限都存在并且相等,所以若函数在点处有极限,则必有与都存在.但二者都存在,不一定相等,所以不一定有极限. [单选题]
3、 (). A、 B、1 C、 D、0 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 A 【您的答案】您未答题 【答案解析】 [单选题] 4、 如果则(). A、0 B、1 C、2 D、5 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 D 【您的答案】您未答题 【答案解析】
根据重要极限, [单选题] 5、 (). A、0 B、∞ C、2 D、-2 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 C 【您的答案】您未答题 【答案解析】 分子分母同除以,即 [单选题] 6、 (). A、0 B、∞ C、2 D、-2 【从题库收藏夹删除】
【您的答案】您未答题 【答案解析】 [单选题] 7、 设,则(). A、 B、2 C、 D、0 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 B 【您的答案】您未答题 【答案解析】 [单选题] 8、 当时,与等价的无穷小量是(). A、 B、 C、 D、 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 B 【您的答案】您未答题
高等数学习题详解-第2章-极限与连续
习题2-1 1. 观察下列数列的变化趋势,写出其极限: (1) 1 n n x n = + ; (2) 2(1)n n x =--; (3) 13(1)n n x n =+-; (4) 211n x n =-. 解:(1) 此数列为12341234,,,,,,23451 n n x x x x x n =====+L L 所以lim 1n n x →∞=。 (2) 12343,1,3,1,,2(1),n n x x x x x =====--L L 所以原数列极限不存在。 (3) 1234111131,3,3,3,,3(1),234n n x x x x x n =-=+=-=+=+-L L 所以lim 3n n x →∞ =。 (4) 123421111 11,1,1,1,,1,4916n x x x x x n =-= -=-=-=-L L 所以lim 1n n x →∞=- 2.下列说法是否正确: (1)收敛数列一定有界 ; (2)有界数列一定收敛; (3)无界数列一定发散; (4)极限大于0的数列的通项也一定大于0. 解:(1) 正确。 (2) 错误 例如数列{} (-1)n 有界,但它不收敛。 (3) 正确。 (4) 错误 例如数列21(1) n n x n ?? =+-??? ? 极限为1,极限大于零,但是11x =-小于零。 *3.用数列极限的精确定义证明下列极限: (1) 1 (1)lim 1n n n n -→∞+-=; (2) 22 2 lim 11 n n n n →∞-=++; (3) 3 2 3125lim -=-+∞→n n n 证:(1) 对于任给的正数ε,要使1(1)111n n n x n n ε-+--= -=<,只要1 n ε >即可,所以可取正整数1 N ε ≥ . 因此,0ε?>,1N ε?? ?=???? ,当n N >时,总有 1(1)1n n n ε-+--<,所以
高等数学基础极限与连续
第二章 极限与连续 一、教学要求 1.了解极限概念,了解无穷小量的定义与基本性质,掌握求极限的方法. 2.了解函数连续性的概念,掌握函数连续性的性质及运算. 重点:极限的计算,函数连续性的性质及运算。 难点:极限、连续的概念。 二、课程内容导读 1. 掌握求简单极限的常用方法。求极限的常用方法有 (1) 利用极限的四则运算法则; (2) 利用两个重要极限; (3) 利用无穷小量的性质(无穷小量乘以有界变量还是无穷小量); (4) 利用连续函数的定义。 例1 求下列极限: (1)x x x 33sin 9lim 0-+→ (2)1)1sin(lim 21--→x x x (3)x x x 1 0)21(lim -→ (4)2 22)sin (1cos lim x x x x x +-+∞→ (5))1 1e (lim 0-+→x x x x 解(1)对分子进行有理化,然后消去零因子,再利用四则运算法则和第一重要极限计算,即 x x x 33sin 9lim 0-+→ =) 33sin 9()33sin 9)(33sin 9(lim 0++++-+→x x x x x =3 3sin 91lim 3sin lim 00++?→→x x x x x =21613=? (2)利用第一重要极限和函数的连续性计算,即 )1)(1()1sin(lim 1 )1sin(lim 121-+-=--→→x x x x x x x 11lim 1)1sin(lim 11+?--=→→x x x x x 2 11111=+?= (3)利用第二重要极限计算,即
x x x 10)21(lim -→=2210])21[(lim --→-x x x 2e -=。 (4)利用无穷小量的性质(无穷小量乘以有界变量还是无穷小量)计算,即 222222222)sin 1(lim ]1cos 1[lim )sin 1(1cos 1lim )sin (1cos lim x x x x x x x x x x x x x x x x +-+=+-+=+-+∞→∞→∞→∞→= 1 注:其中当∞→x 时,x x x x sin 1sin =,)1(cos 11cos 2222-=-x x x x 都是无穷小量乘以有界变量,即它们还是无穷小量。 (5) 利用函数的连续性计算,即 )11e (lim 0-+→x x x x =11 01e 00-=-+? 2. 知道一些与极限有关的概念 (1) 知道数列极限、函数极限、左右极限的概念,知道函数在某点极限存在的充分必要条件是该点左右极限都存在且相等; (2) 了解无穷小量的概念,了解无穷小量与无穷大量的关系,知道无穷小量的性质; (3) 了解函数在某点连续的概念,知道左连续和右连续的概念,了解“初等函数在定义区间内连续”的结论;会判断函数在某点的连续性,会求函数的间断点; 例2 填空、选择题 (1) 下列变量中,是无穷小量的为( ) A. )0(1ln +→x x B. )1(ln →x x C. )0(e 1 →-x x D. )2(422→--x x x 解 选项A 中:因为 +→0x 时, +∞→x 1,故 +∞→x 1ln ,x 1ln 不是无穷小量; 选项B 中:因为1→x 时,0ln →x ,故x ln 是无穷小量; 选项C 中:因为 +→0x 时,-∞→-x 1,故0e 1 →-x ;但是-→0x 时,x 1- +∞→,故+∞→-x 1 e ,因此x 1 e -当0→x 时不是无穷小量。 选项D 中:因为21422+=--x x x ,故当2→x 时,41422→--x x ,4 22--x x 不是无穷小量。 因此正确的选项是B 。 (2) 下列极限计算正确的是( )。 A.=→x x x 1sin lim 001sin lim lim 00=→→x x x x
高数极限和连续word版
【极限】 一、数列极限 1)数列的单调性 对于数列﹛x n ﹜,如果有x n ≤x 1 +n (即x 1 ≤x 2 ≤····≤x n ≤···), n ≥1,则称﹛x n ﹜是单调增加 的;若x n ≥x 1 +n ,n ≥1,则称﹛x n ﹜是单调减少的。 2)数列的有界性 如果对于数列﹛x n ﹜,存在正整数M ,使得对每一 个x n 都满足 n x ≤M ,则称数列﹛x n ﹜是有界的;如果这样的数不 存在,则称数列﹛x n ﹜是无界的。 例: ﹛n 1﹜, ﹛﹙﹣1﹚1 +n ﹜,﹛2 1n n +﹜是有界的, ﹛n 2 ﹜是无界的 3)数列的极限 对于数列﹛x n ﹜,如果当n →∞时,x n 无限的趋于 一个确定的常数A ,则称当n 趋于无穷大时,数列﹛x n ﹜以常数A 为极限,或称数列﹛x n ﹜收敛于A , 记作: n x n lim ∞ →=A 或x n →A (当n →∞时) 否则称数列﹛x n ﹜没有极限,如果数列﹛x n ﹜没有极限,就称数列
﹛x n ﹜是发散的。 4)数列极限的性质 定理1:若数列﹛x n ﹜收敛,则其极限值必定唯一 定理2:若数列﹛x n ﹜收敛,则它必定有界(反之 不对!!) 5)数列极限的存在准则 定理3:(两边夹定理) 若数列﹛x n ﹜,﹛y n ﹜, ﹛z n ﹜满足下列条件: ①y n ≤x n ≤z n ,n =1,2,···· ②lim ∞ →n x n =A ,n z n lim ∞ →=A 那么,数列﹛x n ﹜的极限存在,且n x n lim ∞ →=A 定理4:若数列﹛x n ﹜为单调有界数列,则n x n lim ∞ →存在 6)数列极限四则运算 定理5:若n x n lim ∞ →=A n y n lim ∞ →=B 则 ①lim ∞ →n (n x ±y n )=lim ∞ →n n x ±lim ∞ →n y n =A ±B ②lim ∞ →n (n x ·y n )=lim ∞ →n n x ·lim ∞ →n y n =AB
高等数学 第二章 极限与连续
第二章 极限与连续 教学要求 1.理解数列极限和函数极限(包括左、右极限)的概念,理解数列极限与函数极限的区别与联系。 2.熟练掌握极限的四则运算法则,熟练掌握两个重要极限及其应用。 3.理解无穷小与无穷大的概念,掌握无穷小比较方法以及利用无穷小等价求极限的方法。 4.理解函数连续性(包括左、右连续)与函数间断的概念,了解连续函数的性质和初等函数的连续性,了解闭区间上连续函数的性质(有界性定理、最大值与最小值定理和介值定理),并能灵活运用连续函数的性质。 教学重点 极限概念,极限四则运算法则;函数的连续性。 教学难点 极限定义,两个重要极限;连续与间断的判断。 教学内容 第一节 数列的极限 一、数列 1.数列的概念; 2.有界数列; 3.单调数列; 4.子列。 二、数列的极限 三、数列极限的性质与运算 1.数列极限的性质; 2.数列极限的运算法则。 第二节 函数的极限 一、函数极限的概念 1.自变量趋于有限值时函数的极限; 2.自变量趋于无穷大时函数的极限。 二、函数极限的性质 第三节 函数极限的运算法则 一、函数极限的运算法则 二、复合函数的极限运算法则 三、两个重要极限 1.重要极限1 1sin lim 0=→x x x ; 2.重要极限2 e x x x =+∞→)11(lim 或e x x x =+→1 0)1(lim 。
第四节无穷大与无穷小 一、无穷小 二、无穷大 第五节函数的连续性与间断点 一、函数的连续性概念 1.函数的增量; 2.函数的连续性 二、函数的间断点 第六节连续函数的性质 一、连续函数的和、差、积、商的连续性 二、反函数与复合函数的连续性 三、初等函数的连续性 四、闭区间商连续函数的性质
(完整版)《高等数学一》极限与连续历年试题模拟试题课后习题(汇总)(含答案解析).doc
. 第二章极限与连续 [单选题 ] 1、 若 x0 时,函数 f (x )为 x 2的高阶无穷小量,则=() A、0 B、 C、1 D、∞ 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 A 【您的答案】您未答题 【答案解析】 本题考察高阶无穷小. 根据高阶无穷小的定义,有. [单选题 ] 2、 与都存在是函数在点处有极限的(). A、必要条件 B、充分条件 C、充要条件 D、无关条件 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 A 【您的答案】您未答题 【答案解析】 时,极限存在的充分必要条件为左、右极限都存在并且相等,所以若函数在点处有极限,则必有与都存在.但二者都存在,不一定相等, 所以不一定有极限. [单选题 ] 3、 () .
A、 B、 1 C、 D、 0 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 A 【您的答案】您未答题 【答案解析】 [单选题 ] 4、 如果则(). A 、 0 B 、 1 C、 2 D、 5 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 D 【您的答案】您未答题 【答案解析】 根据重要极限 , [单选题 ] 5、
() . A 、 0 B 、∞ C、 2 D、 -2 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 C 【您的答案】您未答题 【答案解析】 分子分母同除以,即 [单选题 ] 6、 () . A 、 0 B 、∞ C、 2 D、 -2 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 C 【您的答案】您未答题 【答案解析】 [单选题 ] 7、 设,则().
A、 B、 2 C、 D、 0 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 B 【您的答案】您未答题 【答案解析】 [单选题 ] 8、 当时,与等价的无穷小量是(). A、 B、 C、 D、 【从题库收藏夹删除】 【正确答案】 B 【您的答案】您未答题 【答案解析】 由于故与等价, 推广,当时, [单选题 ] 9、 时,与等价的无穷小量是(). A、 B、
第二章 极限与连续习题答案
第二章 极限与连续习题答案 练习题2.1 1. (1)1 (2)0 (3)不存在 (4)不存在 2. (1)0 (2)不存在 3. (1)不存在 (2)0 4. 5123 lim ()14,lim ()2,lim ()2,lim ()4x x x x f x f x f x f x →-→→→==== 练习题2.2 1. (1)0sin 7lim 7x x x →= (2)0tan 2lim 2x x x →= (3)0sin 55lim sin 33 x x x →= (4)3lim sin 3x x x →∞= 2. (1)55511lim(1)lim (1)x x x x e x x →∞→∞??+=+=??? ? (2)22211lim(1)lim (1)x x x x e x x ---→∞→∞??-=+=??-? ? (3)21 12200lim(12)lim (12)x x x x x x e ---→→??-=-=???? (4)2232 33 003lim()lim (1)33x x x x x x e ---→→??--=+=???? 练习题2.3 1. (1)无穷小 (2)无穷大 (3)无穷小 (4)无穷大 2. x →∞时函数为无穷小;2x →时函数为无穷大 3. (1)202lim sin 0x x x →=
(2)11lim(1)cos 01 x x x →-=- 练习题2.4 未定式及极限运算 1. (1)4233lim 01 x x x x →-=++ (2)223lim 2 x x x →-=∞- (3)322042lim 032x x x x x x →-+=+ (4)252lim 727 x x x →∞-=+ (5)2423lim 01 x x x x →∞-=++ (6)211113132lim()lim lim 11(1)(1)(1)(1)x x x x x x x x x x x →→→+---===∞---+-+ 2. 22222 2lim ()lim(2)6,lim ()lim()2,lim (),4x x x x x f x x f x x m m f x m ++--→→→→→=+==+=+∴= 存在 练习题2.5函数的连续 1. 1y ?=- 2. (1)(1,)-+∞ (2)(,0)(0,)-∞+∞ 3. 12 x =连续 1x =不连续 2x =连续 4. (1)1x =-第二类间断点 (2)4x =第一类间断点 5. 证明:设5()31,f x x x =--则()f x 在(,)-∞+∞内连续,所以()f x 在[]1,2内也连续,而 (1)30,(2)250f f =-<=>,所以,根据零点定理可知,至少有一个12ξ∈(,) ,使得()0f ξ=,即方程531x x -=至少有一个实根介于1和2之间。 复习题二 1. 判断题 (1) X (2) √ (3) X (4) X (5) √ (6) √ (7) X (8) X (9) X (10)X (11)X (12)√ (13)X (14)X (15)√ (16)X (17)√ (18)√ (19)√(20)X (21)√ (22)X 2. 填空题
大学高等数学函数极限和连续
第一章 函数、极限和连续 §1.1 函数 一、 主要内容 ㈠ 函数的概念 1. 函数的定义: y=f(x), x ∈D 定义域: D(f), 值域: Z(f). 2.分段函数: ?? ?∈∈=21)()(D x x g D x x f y 3.隐函数: F(x,y)= 0 4.反函数: y=f(x) → x=φ(y)=f -1(y) y=f -1 (x) 定理:如果函数: y=f(x), D(f)=X, Z(f)=Y 是严格单调增加(或减少)的; 则它必定存在反函数: y=f -1(x), D(f -1)=Y, Z(f -1)=X 且也是严格单调增加(或减少)的。 ㈡ 函数的几何特性 1.函数的单调性: y=f(x),x ∈D,x 1、x 2∈D 当x 1<x 2时,若f(x 1)≤f(x 2), 则称f(x)在D 内单调增加( ); 若f(x 1)≥f(x 2), 则称f(x)在D 内单调减少( ); 若f(x 1)<f(x 2),
则称f(x)在D 内严格单调增加( ); 若f(x 1)>f(x 2), 则称f(x)在D 内严格单调减少( )。 2.函数的奇偶性:D(f)关于原点对称 偶函数:f(-x)=f(x) 奇函数:f(-x)=-f(x) 3.函数的周期性: 周期函数:f(x+T)=f(x), x ∈(-∞,+∞) 周期:T ——最小的正数 4.函数的有界性: |f(x)|≤M , x ∈(a,b) ㈢ 基本初等函数 1.常数函数: y=c , (c 为常数) 2.幂函数: y=x n , (n 为实数) 3.指数函数: y=a x , (a >0、a ≠1) 4.对数函数: y=log a x ,(a >0、a ≠1) 5.三角函数: y=sin x , y=con x y=tan x , y=cot x y=sec x , y=csc x 6.反三角函数:y=arcsin x, y=arccon x y=arctan x, y=arccot x ㈣ 复合函数和初等函数 1.复合函数: y=f(u) , u=φ(x) y=f[φ(x)] , x ∈X 2.初等函数:
高等数学课件-- 极限与连续(可编辑)
第一节极限的定义二、两个重要极限三、无穷小的比较二、初等函数的连续性三、闭区间上连续函数的性质五、函数连续性的定义***** 六、函数的间断点间断点分类: 例如: 内容小结练习备用题确定函数间断点的类型. 2. 求三、极限3. 无穷小例6. 求下列极限:令例7. 确定常数a , b , 使显然为其可去间断点. (4) (5) 为其跳跃间断点. 左连续右连续第一类间断点可去间断点跳跃间断点左右极限都存在第二类间断点无穷间断点振荡间断点左右极限至少有一个不存在在点间断的类型在点连续的等价形式⑸利用分子、分母消去共同的非零公因子求形式的极限;⑹利用分子,分母同除以自变量的最高次幂求形式的极限;⑺利用连续函数的函数符号与极限符号可交换次序的特性求极限;⑻利用“无穷小与有界函数之积仍为无穷小量”求极限. 4. 定理左右极限与极限的关系,单调有界原理,夹逼准则,极限的惟一性,极限的保号性, 极限的四则运算法则,极限与无穷小的关系,无穷小的运算性质,无穷小的替换定理,无穷小与无穷大的关系初等函数的连续性,闭区间上连续函数的性质. 二、学法建议1 .本章的重点是极限的求法及函数在一点的连续的概念,特别是求极限的方法,灵活多样.因此要掌握这部分知识,建议同学自己去总结经验体会,多做练习.2 .本章概念较多,且互相联系,例如:收敛,有界,单调有界;发散,无界;无穷大, 极限,无穷小,连续等.只有明确它们之间的联系,才能对它们有深刻的理解,因此同学们要注意弄清它们之间的实质关系.3 .要深刻理解在一点的连续概念,即极限值等于函数值才连续.千万不要求到极限存在就下连续的结论; 特别注意判断分段函数在分段点的连续性.三、例题精解例1 求下列极限: (1) (2) (3) (4) (5) 例2 设问当为何值时,
微积分第二章-函数极限与连续答案
函数极限与连续函数的性质习题解答 1. 用函数极限的定义证明: (1)2 221lim 2.3 x x x →∞ +=- 证明: 0,ε?> 欲使 2 2 2 2172,3 3 x x x ε+-= <--易见当||3x >时,有 2 2 77|3|||.|3| || x x x x ->? < - 于是,只要 7,|| x ε<即7 ||x ε > 时,有 2 2 21 23x x ε+-<-成立。取7m ax 3,.M ε?? =???? 故对0,ε?>7m ax 3,.M ε?? ?=???? 对||,x M ?>有 2 22123x x ε+-<-,即2 2 21lim 2.3x x x →∞+=- (2)1 1lim arc .12 x tg x π- →= - 证明:0(0),2 πεε?><< 要使不等式 11arc arc 12 2 1tg tg x x π π ε- = -<-- (1)x < 成立,解得1 1.() 2 x tg π ε-< - 取δ=1 ( ) 2 tg π ε-,于是 10,0,(1,1),( ) 2 x tg εδδπ ε?>?= >?∈--有1arc ,12 tg x π ε- <- 即1 1lim arc .12 x tg x π- →= - (3 )lim (sin sin 0x →∞ =。 证明:
( ) 1sin 2sin lim 11sin 2sin 11011 21 122 1 2sin 21 2cos 21sin 2sin 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 =+-+∴<< +-+>?+??? ???=>?< ++ += +- +<+- +++ +=+-+∞ →x x x x x N x N x x x x x x x x x x x x ε εε有,,取 2. 求下列极限: (1) 11lim (sin cos ).x x x x →∞ + 解: 2 22 2sin 1 22 sin 11112lim (sin cos )lim[(sin cos )]lim (1sin )2lim[(1sin ) ] . x x x x x x x x x x x x x x x e x →∞ →∞→∞ →∞ +=+=+=+= 或: . 11cos 1sin 1lim 1cos 1sin lim ] 12111sin [ lim 11 1cos 1sin 11cos 1sin 1 2 e e x x x x x x x x x x x x x x x x x ==? ? ? ?? ?????????????? ??-++=??? ??+- -+-+∞→∞→∞ → (2) 1 20 lim (1sin ).x x x →+ 解:1 1 sin 2sin 20 lim (1sin ) lim[(1sin ) ] x x x x x x x x →→+=+= (3) 2 10 ln(1)lim .ln(1) x x x x x →∞ -+++ 解:
高数函数-极限和连续总结
第一章 函数.极限和连续 第一节 函数 1. 决定函数的要素:对应法则和定义域 2. 基本初等函数:(六类) (1) 常数函数(y=c );(2)幂函数(y=x a ); (3)指数函数(y=a x ,a>0,a ≠1);(4)对数函数(y=log a x ,a>0,a ≠1) (5)三角函数;(6)反三角函数。 注:分段函数不是初等函数。特例:y =√x 2是初等函数 《 3.构成复合函数的条件:内层函数的值域位于外层函数的定义域之内。 4.复合函数的分解技巧:对照基本初等函数的形式。 5.函数的几种简单性质:有界性,单调性,奇偶性,周期性。 第二节 极限 1.分析定义 ?&>0(任意小) ??>0 当|x |>e(或0<|x ?x 0|
(完整)高等数学极限和连续习题
极限与连续习题 一.填空题 1. 当0→x 时,x cos 1-是2x 的_______________无穷小量. 2. 0x =是函数x x x f sin )(= 的___________间断点. 3. =-→x x x 20)11(lim ___________。 4. 函数11arctan )(-=x x f 的间断点是x =___________。 5. =--→x x e x x x sin )1(lim 20___________. 6. 已知分段函数sin ,0(),0 x x f x x x a x ?>?=??+≤?连续,则a =___________. 7. 由重要极限可知,()1 lim 1+2x x x →=___________. 8. 已知分段函数sin ,0()2,0 x x f x x x a x ?>?=??+≤?连续,则a =___________. 9. 由重要极限可知,1lim (1)2x x x →+∞+=___________. 10. 知分段函数()sin 1,1()1,1x x f x x x b x -?>?=-??-≤? 连续,则b =___________. 11. 由重要极限可知,1 0lim(12)x x x →+=___________. 12. 当x →1时,233+-x x 与2ln x x 相比,_______________是高阶无穷小量. 13. 251lim 12n n n -→∞??- ???=___________.
14. 函数2 2(1)()23x f x x x +=--的无穷间断点是x =___________. 15. 0tan2lim 3x x x →=___________. 16. 351lim 12n n n +→∞??- ???=___________. 17. 函数2 2(1)()23 x f x x x +=--的可去间断点是x =___________. 18. 2 01cos lim x x x →-=___________. 19. 253lim 12n n n +→∞??+ ???=___________. 20. 函数221()34 x f x x x -=+-的可去间断点是x =___________. 21. 当0x →时,sin x 与3x 相比,_______________是高阶无穷小量. 22. 计算极限22 1lim 1n n n +→∞??+ ???=___________. 23. 设函数()21,0,0x x f x x a x +>?=?-≤? ,在0x =处连续, 则a =__________ 24. 若当1x →时, ()f x 是1x -的等价无穷小, 则1()lim (1)(1) x f x x x →=-+_______ . 25. 计算极限1lim 1x x x →∞??- ???=__________. 26. 设e ,0,(),0.x x f x x a x ?≤=?+>? 要使()f x 在0x =处连续, 则 a = . 27. . 当x →0时,sin x x -与x 相比, 是高阶无穷 小量.
第二章极限与连续
第二章极限与连续 一、数列的极限 A 、数列{Un }中的数称为数列的项,Un 为数列的一般项或通项。正整数n 称为数列的下标。 给定数列{Un },各项的取值由其下标唯一确定,所以数列{Un }可以视为定义在正整数集N*上的函数,即称为下标函数。 B 、已知数列{Un },当n 无限增大时,Un 无限趋近于某一个常数A ,则A 为数列{Un }的极限。即 lim n →+∞ Un=A 或Un →A (n →+∞) ①若数列{Un }有极限,则称数列{Un }收敛,或lim n →+∞ Un 存在 ②若数列{Un }无极限,则称数列{Un }发散,或lim n →+∞ Un 不存在 ※有界数列:|Un|≤M (n ∈N*,M >0) ※收敛数列必定有界,单调有界数列必有极限。 二、函数的极限 【前提必须是在某一趋向下】 A 、x →∞时函数f (x )的极限 a 、已知f (x ),x →∞时,f (x )无限趋近于某一个常数A ,则称当x →∞时,函数f (x )的极限存在,且称 当A 为x →∞时,f (x )的极限。 【双边极限】 记作:lim x →∞ f (x )=A 或f (x )→A ,(x →∞) b 、已知f (x ),x →+∞时,f (x )无限趋近于某一个常数A ,则称当x →+∞时,函数f (x )的极限存在,且 称当A 为x →+∞时,f (x )的极限。 【单边极限】 记作:lim x →+∞ f (x )=A 或f (x )→A ,(x →+∞) c 、已知f (x ),x →-∞时,f (x )无限趋近于某一个常数A ,则称当x →-∞时,函数f (x )的极限存在,且 称当A 为x →-∞时,f (x )的极限。 【单边极限】 记作:lim x →-∞ f (x )=A 或f (x )→A ,(x →-∞) 综上:lim x →∞ f (x )=A <=> lim x →+∞ f (x )=lim x →-∞ f (x )=A B 、x →x 0时f (x )的极限 a 、f (x )在x 0的某空心邻域内有定义,x →x 0时f (x )无限趋近于某常数A 。即当x →x 0时f (x )的极限存 在,且称A 为x →x 0时f (x )的极限。 记作:0 lim x x →f (x )=A 或f (x )→A ,(x →x 0) b 、f (x )在x 0的某空心邻域内有定义,x →x 0- 时f (x )无限趋近于某常数A 。即常数A 为x →x 0时f (x )的 左极限。 记作:0 lim x x - →f (x )=A 或f (x )→A ,(x →x 0- )或f (x 0-0)=A c 、f (x )在x 0的某空心邻域内有定义,x →x 0+ 时f (x )无限趋近于某常数A 。即常数A 为x →x 0时f (x )的 右极限。 【左极限和右极限统称为单侧极限】 记作: 0 lim x x + →f (x )=A 或f (x )→A ,(x →x 0+ )或f (x 0+0)=A 综上:0 lim x x →f (x )=A <=> 0lim x x -→f (x )=0 lim x x + →f (x )=A