09考研高数上册(李正元)
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1 第一讲 极限、无穷小与连续性
一、知识网络图--
二、重点考核点
这部分的重点是:
①掌握求极限的各种方法. 1())nnxfx 2 ②掌握无穷小阶的比较及确定无穷小阶的方法.
③判断函数是否连续及确定间断点的类型(本质上是求极限).
④复合函数、分段函数及函数记号的运算.
§1 极限的重要性质
1.不等式性质
设ByAxnnnnlimlim,,且A>B,则存在自然数N,使得当n>N时有xn>yn.
设ByAxnnnnlimlim,,且存在自然数N,当n>N时有xn≥yn,则A≥B.
作为上述性质的推论,有如下的保号性质:设Axnnlim,且A>0,则存在自然数N,使得当n>N时有xn>0.设Axnnlim,且存在自然数N,当n>N时有xn≥0,则A≥0.
对各种函数极限有类似的性质.例如:设BxgAxfxxxx)(lim)(lim00,,且A>B,则存在δ>0,使得当00
2.有界或局部有界性性质
设Axnnlim,则数列{xn}有界,即存在M>0,使得|xn|≤M(n = 1,2,3,„).
设,Axfxx)(lim0则函数f(x)在x = x0的某空心邻域中有界,即存在δ>0和M>0,使得当0<|x-x0|<δ时有|f(x)|≤M.对其他类型的函数极限也有类似的结论.
§2 求极限的方法
1.极限的四则运算法则及其推广 设BxgAxfxxxx)(lim)(lim00,,则
;BAxgxfxx)]()([lim0 ;ABxgxfxx)()(lim0.)0()()(lim0BBAxgxfxx
只要设)(glim)(lim00xxfxxxx,存在或是无穷大量,上面的四则运算法则可以推广到除“00”,“”,“0²∞”,“∞-∞”四种未定式以外的各种情形.即: 1°设Bxxfxxxx)(glim)(lim00,,则)]()([lim0xgxfxx.)()(lim0xgxfxx(()0gx)又B≠0,则)]()([lim0xgxfxx.2°设)(lim0xfxx,当x→x0时()gx局部有界,(即0,0M,使得00xx时()gxM), 3 则 )]()([lim0xgxfxx.
设)(lim0xfxx,当x→x0时|g(x)|局部有正下界,(即δ>0,b>0使得0<|x - x0|<δ时|g(x)|≥b>0),则 )]()([lim0xgxfxx.
3°设)(lim0xfxx,)(lim0xgxx,则)()(lim0xgxfxx,又δ>0使得0<|x -
x0|<δ时f(x)g(x)>0,则 )]()([lim0xgxfxx.
4°设0)(lim0xfxx,x→x0时g(x)局部有界,则0)()(lim0xgxfxx(无穷小量与有界变量之积为无穷小.)
2.幂指函数的极限及其推广
设.AxfBxgAxfBxgxxxxxx)()(lim)(lim>0)(lim000则,
000lim()ln()()()ln()ln(lim()lim)xxgxfxgxgxfxBABxxxxfxeeeA
只要设00lim()lim()xxxxfxgx,存在或是无穷大量,上面的结果可以推广到除“1∞”,“00”及“∞0”三种未定式以外的各种情形.这是因为仅在这三个情况下)(ln)(lim0xfxgxx是“0²∞”型未定式.
1°设)(lim0xfxx = 0(0<|x-0x|<δ时f(x)>0),0)(lim0Bxgxx,则
0()0(0)lim()(0)gxxxBfxB
2°设)(lim0xfxx = A>0,A≠1,)(lim0xgxx = + ∞,则
0()0(0<1)lim()(1)gxxxAfxA
3°设)(lim0xfxx = + ∞,0)(lim0Bxgxx,则
>0)()<0(0)(lim)(0BBxfxgxx
【例1】 设.,则,又________)(lim0)(glim)()(lim000xfxAxgxfxxxxxx
【分析】 .=00))()()((lim)(lim00Axgxgxfxfxxxx 4 【例2】设{an},{bn},{cn}均为非负数列,且,,,nnnnnncbalim1lim0lim则必有
(A)an<bn对任意n成立. (B)bn<cn对任意n成立.
(C)极限nnncalim不存在. (D)nnncblim不存在.
用相消法求00或型极限
【例1】求)cos1(sin1tan1lim0xxxxIx
【解】作恒等变形,分子、分母同乘得xxsin1tan1
0tansinlim(1cos)1tan1sinxxxIxxxx
xxxxxxxxsin1tan11lim)cos1()cos1(tanlim00
21211.
【例2】求22411limsinxxxxIxx
【解】作恒等变形,分子、分母同除)0<(2xxx得
202111414010lim1sin101xxxxIxx
5 利用洛必达法则求极限
【例1】设f(x)在x = 0有连续导数,又
2)(sinlim20xxfxxIx
求(0)(0)ff与.
【例2】求)1ln()cos1(1cossin2lim20xxxxxx.
【例3】求xxIxxe)1(lim10.
【例4】求xxIxxxsineelimsin0.
6 【例5】若306sin()lim0xxxfxx,则__________)(6lim20xxfx.
【例6】求)1ln(0)(tanlimxxxI.
【例7】设>0,≠0为常数且122lim[()]aaaxIxxx,则(,) = __________.
【分析】∞-∞型极限.
210121)1(lim1t]1)[(1limttxxxIaataax
ttataaaat2)1(1lim1110
)2<<0()2(21)>2(0)1(21lim2110aaattaaat
因此(,) = )212(,.
分别求左、右极限的情形,分别求nnnnxx212limlim与的情形
【例1】设||sine1e2)(41xxxfxx,求0lim()xfx.
7 【例2】求nnnIn)1(1lim
利用函数极限求数列极限
【例1】 求)1>(limaanInn.
【例2】求21lim(tan)nnInn.
【解1】)11tan(11tan12)11tan(1limnnnnnnnnI
转化为求2230021tan11tan11tanlim(tan1)limlimlim1nnxxnxxxnxnnnxxn
123201cos1lime33xxIx
【解2】用求指数型极限的一般方法.
nnnnI11tanln2elim
转化为求
2021tantan1lnlimlnlim1nxnxxnxn
201tanlimxxxx(等价无穷小因子替换),余下同前. 8 §3 无穷小和它的阶
1.无穷小、极限、无穷大及其联系
(1)无穷小与无穷大的定义
(2)极限与无穷小,无穷小与无穷大的关系
0lim()()()xxfxAfxAx
其中00lim()0(()(1)).xxxfxAoxx,
o(1)表示无穷小量.
在同一个极限过程中,u是无穷小量(u≠0)u1是无穷大量.反之若u是无穷大量,则u1是无穷小量.
2.无穷小阶的概念
(1)定义 同一极限过程中,(x),(x)为无穷小,
设 0()()1()()()lim()~()()()0()()()(())()lxxlxxxlxxxlxxxox为有限数,称与为同阶无穷小时,称与为等价无穷小,记为极限过程时,是比高阶的无穷小,记为极限过程
定义 设在同一极限过程中(x),(x)均为无穷小,(x)为基本无穷小,若存在正数k与常数l使得0)()(limlxxk 称(x)是(x)的k阶无穷小,特别有0)()(lim00lxxxkxx,称x→x0时(x)是(x-x0)的k阶无穷小.
(2)重要的等价无穷小
x→0时 sinx ~ x,tanx ~ x,㏑(1 + x) ~ x,ex-1 ~ x; ax-1 ~ xlna,arcsinx ~ x,
arctanx ~ x;(1 + x)a―1 ~ ax,1―cosx ~ 221x.
(3)等价无穷小的重要性质
在同一个极限过程中
1°若 ~ , ~ ~ .
2° ~ = + o()
3°在求“00”型与“0²∞”型极限过程中等价无穷小因子可以替换
【例1】 求13cos21lim30xxxxI.