讲 授 内 容
备 注
第一讲
第1章 一元函数极限
极限论是数学
分析
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的基础理论,极限问题是数学分析中的困难问题之一。中心问题有两个:一是证明极限的存在性,二是求极限的值。二者有着密切的联系:若证明了极限的存在性,就为求极限的值提供了保障。反之,若求出了极限的值,也就证明了极限的存在性。
§1.1 用定义证明极限的存在性
用定义证明极限的存在性,首先要弄清楚极限的定义.以数列极限为例.
当
时,有
.
注:
定义中的四步逻辑关系,须强调
的给定性在先,
的
存在性在后,
的存在性依赖于
的给定性.
与
的关系前后颠倒,只能证明定义的充分性或者必要性.
例1 下列说法可否作为“数列
以
为极限”的定义:
(1)
,
实数
,当
时,有
.
(2)
EMBED Equation.DSMT4 正整数
,当
时,有
.
此处
为正实数
(3)
正整数
,
当
时,有
.
(4)
正整数
,
当
时,有
.
(5)
正整数
,
正整数
,当
时,有
.
(6)
正整数
,当
时,有
.
(7)
,集合
为有限集.
(8)
,集合
为无限集.
解答 (1)、(2)、(5)、(7)是正确的.
(3) 是“数列
以
为极限”的充分而非必要条件.事实
上,当数列
满足(3)时,必有
.
反之,以
为极限的数列自然不必从某项起恒为
.如
.
(4) 是“数列
以
为极限”的必要而非充分条件.
如数列
,本身极限不存在.但
EMBED Equation.DSMT4 ,取
,当
时,有
.
(6) 是“数列
以
为极限”的充分而非必要条件.
如
以
为极限,但
.
即
的
任意小的阶不一定非达到
.
(8) 是“数列
以
为极限”的必要而非充分条件.
用定义证明数列极限的一般
方法
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是
1. 求最小的
:
后,通过解不等式
解出
,
即证明
等价于
,从而令
,
则当
时,有
.
2.放大法: 有时直接解不等式
比较复杂,不便解出
.可适当将不等式
简化、放大,使之成为
的一个新函数
:
(这里要求
).
于是要
,只要
.通过解不等式
,求出
,令
,则当
时,有
.
3.分段放大法: 有时在对
进行简化、放大时,需对
作某些限制,逐步进行放大.不妨设
(
是某个固定的自然数),然后进行放大
为
.(
)
解不等式
,求出
,令
,
则当
时,有
.
对于极限
有类似的
,
方法.
例2证明:
.
证
,当
时
所以,取
, 当
时,有
即
.
注 本例中第一步不等式适当放大,是分子放大,分母缩小,但分母不能缩地太小,应保持放大后的式子为无穷小量。第二步不等式适当放大,是在
的假设下进行,此时有
.
例3 设
, (
为有限数,
或
).
证明
.
证 因为
,
所以
当
时,有
.
固定
,当
时
因为
固定,所以
为定值.
对上述
当
时
.
于是,取
,则当
时,
即
.
对于
的情况,读者自证.
注
时,本命题不一定成立.如
.
例4 证明:若
,且
,
.
则
.
证 因为
,
所以
有界,
对
,有
.
对
当
时,有
.
固定
,当
时
.
因为
,
所以对上述
,当
时,有
.
取
,当
时,(
)有
于是,当
时,有
.
即
.
例5 实数列
满足
.
证明:
.
证 因为
,
所以
当
时,有
.
固定
,当
时,设
则
考虑
.
且
,
,当
时,
.
取
,当
时,
.
即
.
例6 已知
,证明:
.
证 已知
,
所以
当
时,有
因为
.
所以
因为
固定,上式中右端第一项和第三项为定值,
所以
当
时,
,
.
取
,则当
时,
即
.
注 1.上例中对
的处理方法,称为“拟合法”,是将
变形,化为与
相似的形式,以利于对
的各项合并、放大.
2.对于连乘,连加形式的数列极限常用分段法证明.
3学时
去掉数列的前有限项不影响其敛散性
拟合法
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