极限
数列极限
Def(数列极限) ,若对任意给定 , ,使得当 ,都有 ,则称 收敛于 , 为极限.记为
1. 任意性(只要小就行)
2. 存在性, 不是由 唯一确定(有就行)
3. 几何上 的项都在邻域内
4. 改变数列的有限项不影响其极限
5. 收敛数列不一定单调,例:
6. 常数列极限是自己
不以 为极限 对于
发散
求极限方法
定义分析法
P7 1.2.2
适当放大法
时显然成立
, ,
对于 , , ,都有 ,
对于 , ,即证
时显然成立
对于 , ,即证
收敛数列的性质
1. 收敛,则极限唯一
2. , 有界
3.
1. 充分大, ,
2. , 充分大时
3.2推论
1. ,可得保号性
2. 充分大, , ; , 充分大时,
注意
有界是数列收敛的必要不充分条件
有界数列必有收敛的子列
闭区间套定理 若一列闭区间 ,则仅存在一点属于这一列中所有的闭区间
: , ,故有 .由条件可得 , 为所求点
数列极限的四则运算法则
:
由收敛数列有界性,
,
注意
只有收敛数列才能使用四则运算
四则运算只能进行有限次
数列收敛的判别法
收敛的子列
Def 是严格增的自然数列, 的子列, 偶子列, 奇子列
为极限 的任意子列都收敛于
1. 存在发散的子列或两个子列收敛但极限不同,
2. 两个子列收敛于同一极限,不一定收敛
3. 收敛于 奇偶子列都收敛 (只要合起来是 就行)
夹逼定理
充分大
:
,即对 ,
法一:
,
法二:
,
,
:
一般地
:
注意
收敛, 发散, 发散, 收敛性未知
也发散, 收敛性未知
, , 不一定为0
不一定是1( 不能四则运算)
单调有界定理
Def 单调增数列
单调有界定理 任何单调有界数列必收敛.单调增数列收敛于上确界(减同)
: 单调增有上界,由确界原理, 由上确界定义, . 单增, ,
收敛
,单增
有上界,收敛
,
:
充分大时, 单减, 由单调有界定理,
两边取极限
综上,
收敛并求极限
,
同号
又有 , ,由单调有界定理,它们都收敛
,两边取极限得 ()
同理
Cauchy收敛判别
收敛 时都有
等价:
都有
不是Cauchy:
满足
:
必要性: 使得当 时有 ,故当
充分性: , , , , 有界,则存在 , .
Cauchy, , 时, ,
证明发散
,
(可得 )
法一:
归纳得 单增,由单调有界,
两边取极限得 舍负得
法二:
法三:
Cauchy收敛准则, 收敛,两边取极限得
证明发散
,
发散
反证:
两边取极限得
两边取极限得
矛盾 发散
e的极限
证明 收敛
有上界
收敛,
计算:
证明
(基本不等式)
,上界
,下界
:
上例取对即可
由上上例
...
以上相乘得:
Stolz定理
Def无穷大 ,若对 , 趋于无穷大, ,趋于无穷大数列是发散数列,单调无界数列趋于
无穷大
1. 严格单调
2.
3. , (l不能是 )
:由条件, 单调递减, ,则有 .
依次取 ,累加得到 , ,则有 ,则有
, ,得证
1. 严格单调
2.
3. (不能是 都行)
Toeplize定理
如果
证明: (收敛数列有界性)
同时 时,有
可知
则当
注: 均成立,只要 充分大即可
对于 定理 ,我们只要记 即可得证
(一些该定理的例子) ( )
( )
,
, 同理
:
显然 单增,
收敛, 不存在
欲证原式,只需
又有
Cauchy命题
stolz显然成立
: , 严格递增到正无穷, ,Stolz得证
:已知 ,
,由夹逼定理可证; ,由夹逼定理可证
: ,
原式
stolz,原式
函数极限
定义
Def 定义 时都有 , , 为极限,记为
,
,
,
不存在
,
, 则当 ,
Def 附近有定义, 若对 ,都有 为极限,记为
1. 任意性, 都可以
2. 存在性
3. 几何上
4. 极限与 有无定义无关, 的方式无关
左极限 ,
右极限 ,
函数极限性质
1. 极限唯一性
2. (局部)有界性: 存在, ,
3. 局部保序性:
1. 若在 去心邻域
2. 则存在 某去心邻域
4. 四则运算:极限存在且有限次,除法分母不是0
5. 复合函数极限
附近, 附近有定义,
:
, ,故有
幂指函数:
6. 归结原理
满足 都有
对严格单调递增趋于 的任意数列 都有
:
充分性:设有 , , 时有 ,
,
必要性:假设 不以 为极限, ,即使
故取 ,对每一个 都有 , .说明当 不成立,与条件矛盾,故得证
1. 若有 发散
2. 都异于 且收敛于 极限不相等
在任意 极限不存在
夹逼定理
若在 某去心邻域 处极限存在且
原式
得证
单调有界函数在单调区间内每一点都有左右极限
单调有界, 都存在
进一步, 单增, 若减则反
:已知若 中单调有界, 均存在.
中单调有界, 中均单调有界, 都存在
Cauchy收敛准则
存在 时都有
:
充分性: , , , ,
必要性:任取 ,则对条件中 , , , 满足数列的Cauchy
收敛准则, ,由归结原理得
重要极限
1.
2.
3.
此处的 可以被替换为函数
原式
无穷小量与无穷大量
Def 则称 时的无穷小量
都是 时的无穷小量
时的无穷小量
无穷小量是极限为0的变量(0是无穷小量但无穷小量不是0)
性质
1. 有限个无穷小量的和还是无穷小量
2. 无穷小量乘有界量还是无穷小量
无穷小量的比较
1. 有限数, 的同阶无穷小. 时称等价无穷小量,记为
2. 称在 高阶无穷小, .特别地
重要无穷小(x趋于0)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
无穷小量代换
时的无穷小量,
已知 存在 则原式
无穷小量替换不能用于加减!
由题可得
原式
无穷小量的阶
则称 时关于 阶无穷小
几阶
二阶
无穷小量不一定有阶
时极限不存在
无穷大量
Def
1. 无穷大量的倒数是无穷小量,非零的无穷小量的倒数是无穷大量
2. 未定式
性质
1. 有限个无穷大量乘积是无穷大量
2. 无穷大量与有界量的和仍是无穷大
无穷大量的比较
, 都是无穷大量,
1. 有限数, 同阶, 等价无穷大,
2. 高阶无穷大,
3.
, 附近都有定义, ,
附近局部有界