数列极限的描述性定义 对于数列
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数列极限的描述性定义对于数列{𝑥𝑛},如果当n无限增大时,𝑥𝑛无限接近于某一常数a,那么就称数列{𝑥𝑛}收敛于a,或称常数a为数列{𝑥𝑛}的极限,记作
lim𝑛→+∞𝑥𝑛=𝑎或𝑥𝑛→𝑎(𝑛→+∞)
数列极限的分析定义对于数列{𝑥𝑛},如果存在常数a,对于任意给定的正数ε(无论多么小),总存在正整数N,使得当n>N时,不等式 𝑥𝑛−𝑎 <𝜀都成立,那么就称数列 𝑥𝑛 收敛于a,或称常数a为数列 𝑥𝑛 的极限,记作
lim𝑛→+∞𝑥𝑛=𝑎或𝑥𝑛→𝑎(𝑛→+∞)
注:①从几何意义上看,“当n>N时,有 𝑥𝑛−𝑎 <𝜀”表示:所有下标大于N的项𝑥𝑛都落在邻域U(a,ε)之外,至多只含有数列 𝑥𝑛 的有限项。
②在数列极限的定义中,若满足条件的常数a确实不存在,则称数列 𝑥𝑛 不收敛,或称数列 𝑥𝑛 为发散数列,也称数列极限lim𝑛→+∞𝑥𝑛不存在。
数列极限的唯一性若数列 𝑥𝑛 收敛,则其极限是唯一的。
收敛数列的有界性若数列 𝑥𝑛 收敛,则数列 𝑥𝑛 是有界的。
数列的有界性仅仅是数列收敛的必要条件,而非充分条件。
收敛数列的保号性设lim𝑛→+∞𝑥𝑛=𝑎,若a>0(或a<0),则存在正整数N,当n>N时,都有𝑥𝑛>0(或𝑥𝑛<0).
推论1 若lim𝑛→+∞𝑥𝑛=𝑎,且数列 𝑥𝑛 从某一项起有𝑥𝑛≥0(或𝑥𝑛≤0),则a≥0(或𝑎≤0).
收敛数列与其子数列的关系数列 𝑥𝑛 收敛于a的充分条件是其任一子数列也收敛于a。
数列极限的四则运算法则对于数列 𝑥𝑛 和 𝑦𝑛 ,若lim𝑛→+∞𝑥𝑛=𝑎,lim𝑛→+∞𝑦𝑛=𝑏,,则数列{𝑥𝑛±𝑦𝑛},{𝑥𝑛∙𝑦𝑛}和{𝑥𝑛𝑦𝑛}(𝑦𝑛≠0,b≠0)都收敛,且有
①
②
③
特殊地,对于常数k,有
设函数𝑓 𝑥 在[a,+∞)上有定义。如果存在常数A,对于任意给定的正数𝜀(无论多么小),总存在正实数M(M≥a),使得当x>M时,有 𝑓 𝑥 −𝐴 <𝜀成立,则称常数A为函数𝑓 𝑥 当x趋于+∞时的极限,记作lim𝑛→+∞𝑓 𝑥 =𝐴或𝑓 𝑥 →𝐴(𝑥→+∞)
即lim𝑛→+∞𝑓 𝑥 =𝐴↔∀ε>0,∃𝑀>0,使得当x>𝑀时,有 𝑓 𝑥 −𝐴 <𝜀
设函数𝑓 𝑥 在点𝑥0的某个去心邻域内有定义。如果存在常数A,对于任意给定的正数𝜀(无论多么小),总存在正数δ,使得当0< 𝑥−𝑥0 <𝛿时,有 𝑓 𝑥 −𝐴 <𝜀成立,则称常数A为函数
𝑓 𝑥 当即lim𝑛→+∞𝑓 𝑥 =𝐴↔∀ε>0,∃𝑀>0,使得当x>𝑀时,有 𝑓 𝑥 −𝐴 <𝜀x趋于𝑥0时的极限,记作
lim𝑛→𝑥0𝑓 𝑥 =𝐴或𝑓 𝑥 →𝐴(𝑥→𝑥0)
即lim𝑛→𝑥0𝑓 𝑥 =𝐴↔∀ε>0,∃𝛿>0,使得当0< 𝑥−𝑥0 <𝛿时,有 𝑓 𝑥 −𝐴 <𝜀
(只要求函数𝑓 𝑥 在𝑥0的某一去心邻域内有定义,而一般不考虑它在点𝑥0处是否有定义,或者取什么值)
如果当x从左侧(右侧)趋于𝑥0时,函数𝑓 𝑥 无限趋近于常数A,则称常数A为函数𝑓 𝑥 在x→𝑥0时的左极限(右极限),记为lim𝑥→𝑥0−𝑓(𝑥)=𝐴(lim𝑥→𝑥0+𝑓(𝑥)=𝐴或f(𝑥0+)=A).
即
左极限和右极限统称为单侧极限。函数𝑓 𝑥 在x→𝑥0时的极限存在的充要条件是其左右极限都存在而且相等,即
函数极限的唯一性若极限lim𝑥→𝑥0𝑓 𝑥 存在,则该极限是唯一的。
函数极限的局部有界性若lim𝑥→𝑥0𝑓 𝑥 存在,那么函数𝑓 𝑥 在局部范围内就是有界的,即存在常数M和δ>0,使得当0< 𝑥−𝑥0 <𝛿时,有 𝑓(x) ≤𝑀
函数极限的局部保号性若lim𝑥→𝑥0𝑓 𝑥 =A,且A>0(或A<0),那么就存在常数δ>0,使得当0< 𝑥−𝑥0 <𝛿时,有f(x)>0(或者f(x)<0).
推论如果𝑥0的某一去心邻域内有f x ≥0 或f x ≤0 ,且lim𝑥→𝑥0𝑓 𝑥 =A,那么A≥0(或A≤0)。
海涅定理设函数𝑓 𝑥 在点𝑥0的某个去心邻域内有定义,则lim𝑥→𝑥0𝑓 𝑥 存在的充要条件是对任何含于上述𝑥0的去心邻域内,且以𝑥0为极限的数列{𝑥𝑛},极限lim𝑛→+∞𝑓 𝑥 都存在且相等。
函数极限的四则运算法则
x趋于𝑥0时的极限,记作
lim𝑛→𝑥0𝑓 𝑥 =𝐴或𝑓 𝑥 →𝐴(𝑥→𝑥0)
即lim𝑛→𝑥0𝑓 𝑥 =𝐴↔∀ε>0,∃𝛿>0,使得当0< 𝑥−𝑥0 <𝛿时,有 𝑓 𝑥 −𝐴 <𝜀
(只要求函数𝑓 𝑥 在𝑥0的某一去心邻域内有定义,而一般不考虑它在点𝑥0处是否有定义,或者取什么值)
如果当x从左侧(右侧)趋于𝑥0时,函数𝑓 𝑥 无限趋近于常数A,则称常数A为函数𝑓 𝑥 在x→𝑥0时的左极限(右极限),记为lim𝑥→𝑥0−𝑓(𝑥)=𝐴(lim𝑥→𝑥0+𝑓(𝑥)=𝐴或f(𝑥0+)=A).
即
左极限和右极限统称为单侧极限。函数𝑓 𝑥 在x→𝑥0时的极限存在的充要条件是其左右极限都存在而且相等,即
函数极限的唯一性若极限lim𝑛→𝑥0𝑓 𝑥 存在,则该极限是唯一的。
函数极限的局部有界性若lim𝑛→𝑥0𝑓 𝑥 存在,那么函数𝑓 𝑥 在局部范围内就是有界的,即存在常数M和δ>0,使得当0< 𝑥−𝑥0 <𝛿时,有 𝑓(x) ≤𝑀
函数极限的局部保号性若lim𝑛→𝑥0𝑓 𝑥 =A,且A>0(或A<0),那么就存在常数δ>0,使得当0< 𝑥−𝑥0 <𝛿时,有f(x)>0(或f(x)<0)
推论