第一讲 函数、极限、连续内容提要(2)

2018-11-21 23:44

6.复合函数的极限运算法则 设y?f[g(x)]是由y?f(u)与u?g(x)复合而成,f[g(x)]在点x0的某去心

o邻域内有定义.若xlim当x?U(x0,?0)时,g(x)?u0,limf(u)=A且存在?0?0,?xu?u00有g(x)?u0,则

x?x0limf[g(x)]?limf(u)=A.

u?u0该命题表明:如果f(u)和g(x)满足相应的条件,那么作代换u?g(x)可把求xlimf[g(x)]化为求limf(u),这里u0?limg(x). ?xu?ux?x0007.幂指函数的极限

在自变量x的同一变化过程中,对于极限limu(x)v(x),其中u(x)?0且

u(x)不恒等于1,有以下情形:

(1)当limu(x)?a,limv(x)?b, 且a,b有限时,则有

limu(x)v(x)?ab.

(2)当limu(x)?1,limv(x)??(或??,或??)时,则有

limu(x)v(x)=lim{1?[u(x)?1]}1?v(x)?[u(x)?1]u(x)?1=exp{limv(x)?[u(x)?1]},

或利用恒等式explnx?x,则有

limu(x)v(x)=limexplnu(x)v(x)=exp[limv(x)?lnu(x)].

8.无穷小与无穷大

(1)在自变量的某一变化过程中,如果limf(x)?0,则称f(x)为无穷小;如果limf(x)??,则称f(x)为无穷大.

(2)无穷小与无穷大的讨论必须指出自变量的变化过程.理解无穷小与很小的数以及无穷大与很大的数之间的差别.无穷小、无穷大不是数.零是唯一可以作为无穷小的常数.

(3)无穷小与无穷大的关系:在自变量x的同一变化过程中,如

果f(x)为无穷大, 则

1f(x)为无穷小;反之,如果f(x)为无穷小,且f(x)?0,则

1f(x)为无

穷大.

(4)无穷大与无界的关系:无穷大量一定无界.反之,则不一定.

(5)无穷小与函数极限的关系:设在自变量x的同一变化过程中,

limf(x)?A?f(x)?A??,

其中lim??0.

(6)无穷小的比较:设在自变量的同一变化过程中,?和?均为无穷小,则

a.若lim??limo(?)?0,称?是比?高阶的无穷小.记为??o(?).显然

??0.

??,称?b.若lim??是比?低阶的无穷小.从而?比?高阶.

与?是同阶无穷小.

是?的k阶无穷小.

c.若lim???c,且c?0,则称?d.若lim?k??c,且c?0,k?0,则称?e.若lim???1,称?与?是等价无穷小.记为???.

根据如上定义,显然有如下结论成立: f.若???且???,则有???. g.????????o(?) h.当x?0时,

k?o(x)?o(x),o(x)?ko(x)?o(x),??o(x)?o(x),

其中lim??0,k为常数. x?0(7)无穷小的运算:在同一极限过程下,有如下常用结论 a.有限个无穷小的代数和仍为无穷小. b.有限个无穷小的乘积仍为无穷小. c.有界量与无穷小的乘积仍为无穷小. (8)利用等价无穷小的代换求极限 a.替换定理

?,在自变量x的某一变化过程中,且???1,?1,?1均为无穷小,?,

???1.则

lim???lim1??1.

b.当x?0时,常用等价无穷小:

x?sinx,

x?tanx, x?arctanx,

x?ln(1?x),

x?arcsxi,n

x?ex?1,

ax?1?xlna, (1?x)??1??x,

x21?cosx?2.

注 上述等价关系中的x可换成任一无穷小量. (三)连续 1.函数的连续性 (1)函数y?定义1 设y?f(x)在某点x0处连续有如下几种形式的等价定义: f(x)在点x0的某一邻域内有定义.如果

?x?0lim?y=lim[f(x0??x)?f(x0)]=0,

?x?0则称函数y?f(x)在点x0处连续.

定义2 设y?f(x)在点x0的某一邻域内有定义.如果

x?x0limf(x)?f(x0),

则称函数y?f(x)在点x0处连续.

f(x)在某点x0处连续的定义可用“???注1 上述函数y?来表述:

”语言

y?f(x)在点x0处连续????0,???0,当|x?x0|??时,恒有

|f(x)?f(x0)|??.

注2 函数y?a.函数y?0f(x)在点x0处连续须具备三个条件:

f(x)在点x0处要有定义;

b.极限xlimf(x)存在; ?xc.xlimf(x)?f(x0). ?x0注3 当y?f(x)在点x0处连续时,不能认为y?f(x)在x0的某一邻

域内都连续.例如函数f(x)??点尽管有定义,但不连续.

(2)函数y?a.若xlim?x00??0, x?Q2?x, x?R\\Q,仅在点x?0处连续,而在其它

f(x)在某点x0处的单侧连续

f(x)?f(x0),称函数y?f(x)在点x0处左连续; f(x)?f(x0),则称函数y?f(x)在点x0处右连续.

b.若xlim?x?c.单侧连续与函数连续有如下关系:

y?f(x)在点x0处连续?f(x)在点x0处既要左连续又要右连续.即

f(x0?)?f(x0?)?f(x0).

(3)函数y?如果函数y?f(x)在区间上的连续性 f(x)在开区间(a,b)内的每一点都连续,则称函数

y?f(x)在开区间(a,b)内连续;如果函数y?f(x)在闭区间[a,b]上有定义,

在开区间(a,b)内连续,且在点x?a处右连续,在点x?b处左连续,则称函数y?f(x)在闭区间[a,b]上连续.

2.函数的间断点 (1)定义 若函数y?均可),而

x?x0f(x)在点x0的某去心邻域内有定义(在点x0处有无定义

y?f(x)在点x0处不连续,即

y?f(x)在点x0无定义或者

x0为y?f(x)的间断点. limfx(?)fx()0,则称

(2)间断点的分类

可去间断点(左极限=右极限) 第一类间断点

(在x0处的左、右极限均存在) 跳跃间断点(左极限?右极限)

间断点

第二类间断点:在x0处的左右极限至少有一个不存在(常见的有振荡间断点和无穷间断点).

3.连续函数的运算

(1)设函数f(x)和g(x)在点x0处连续,则f(x)?g(x),f(x)?g(x),f(x)g(x)(当g(x0)?0时)均在点x0处连续.

(2)设函数

f(u)在点u0处连续,函数u?g(x)在点x0处连续,且

u0=?(x0),则复合函数y=f[?(x)]在点x0处连续.

(3)基本初等函数在其定义域内均连续;初等函数在其定义区间(即定义域内的区间)内是连续的.

4.闭区间上连续函数的性质

(1)最大与最小值定理 若函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,则函数f(x)在[a,b]上一定能取得最大值与最小值.

推论 若函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,则函数f(x)在[a,b]上一定有界.

(2)介值定理 设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且f(a)?A,

f(b)?B,A?B,那么对于A与B之间的任意一个数C,在开区间(a,b)内

至少存在一点?,使得f(?)?C.

推论1 在闭区间上连续的函数必能取得介于最大值与最小值之间的任何值.

推论2(零点定理) 设函数

f(x)在闭区间[a,b]上连续,且

,使得f(?)?0.

f(a)?f(b)?0,那么在开区间(a,b)上至少存在一点?


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