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3样板完成

函数极限

本章把数列极限的“无限趋近”推广到函数:当自变量沿某种方式趋近时,函数值是否趋近某个定值。先建立 x→x0 的 ε-δ 定义,再讨论单侧极限、无穷处与无穷大极限,然后给出函数极限的性质与归结原则(把函数极限化归为数列极限),最后处理两个重要极限以及无穷小量、无穷大量及其阶的比较。讲义、例子与题面均为自编或充分改写,公式用 LaTeX。

8 个知识点

当前知识点

x→x0 的 epsilon-delta 定义

本节你将掌握

  • 准确陈述 limxx0f(x)=A\lim_{x\to x_0}f(x)=A 的 ε-δ 定义,理解量词顺序 ∀ε>0 ∃δ>0 ∀x(0<|x-x_0|<δ)。
  • 理解 δ 一般依赖 ε,能对线性或简单函数由 ε 求出可行的 δ。
  • 能用定义证明形如 limxx0(kx+b)=kx0+b\lim_{x\to x_0}(kx+b)=kx_0+b 的基本极限。

ε-δ 定义把「xx 靠近 x0x_0f(x)f(x) 靠近 AA」翻译成不等式语言:对任意给定的精度 ε>0\varepsilon>0,都存在一个靠近程度 δ>0\delta>0,使得只要 0<xx0<δ0<|x-x_0|<\delta,就有 f(x)A<ε|f(x)-A|<\varepsilon。其中 ε\varepsilon 是对函数值精度的任意要求,由对方先给出;δ\delta 是我们为达到该精度而找到的、对自变量的限制,通常 ε\varepsilon 越小所需的 δ\delta 越小。量词顺序不可交换:先有任意 ε\varepsilon,再找与之匹配的 δ\delta

等价地,limxx0f(x)=A\lim_{x\to x_0}f(x)=A 也可说成:对 AA 的任意 ε\varepsilon 邻域 U(A;ε)U(A;\varepsilon),存在 x0x_0 的某去心 δ\delta 邻域,使其中所有 xx 的像 f(x)f(x) 都落在 U(A;ε)U(A;\varepsilon) 内。几何上就是:先固定 yy 轴上以 AA 为中心的 ε\varepsilon 带,再在 xx 轴上找到足够窄的去心区间,使函数图像整体落入该带。

它与数列极限的 ε-N 定义结构完全平行:ε\varepsilon 对应 ε\varepsilonδ\delta 对应「从某一项号 NN 之后」。证明 limx2(3x+1)=7\lim_{x\to 2}(3x+1)=7 时,由 (3x+1)7=3x2<ε|(3x+1)-7|=3|x-2|<\varepsilon 只需 x2<ε/3|x-2|<\varepsilon/3,故取 δ=ε/3\delta=\varepsilon/3 即可;对 x2x^2 等非线性函数,常需先限定 δ1\delta\le 1 再估计 f(x)A|f(x)-A|

练习

2 题
未学