《数学分析》课程电子教案（PPT课件）第三章 函数极限与连续函数（3.1）函数极限

第三章函数极限与连续函数 §1函数极限 函数极限的定义 在半径为r的圆上任取一小段圆弧,记它所对的圆心角的弧度为 2x,则圆弧长度为2x,而圆弧所对的弦的长度为2 sinx,弦长与弧长 之比值y是x的函数,其关系式为y sinx

第三章 函数极限与连续函数 §1 函数极限 函数极限的定义 在半径为 r 的圆上任取一小段圆弧，记它所对的圆心角的弧度为 2 x，则圆弧长度为 2 x r ,而圆弧所对的弦的长度为2 sin r x ，弦长与弧长 之比值 y 是 x的函数，其关系式为 y x x = sin

猜想:当x趋于0时,y sInx 趋于1 以后将对这一极限给出严格证明,并记为limx=1。 x→0 注意:在x趋于0的过程中,不取x=0(事实上,当x=0时,函数 x没有定义)。我们关心的是在x趋于0的过程中,函数y=当x的 x x 变化趋势,而不关心函数在x=0处是否有定义,如果有定义的话函数 值为多少

猜想：当 x趋于0时， y x x = sin 趋于1。 以后将对这一极限给出严格证明，并记为lim x→0 sin x x = 1。 注意：在 x趋于0的过程中，不取 x = 0（事实上，当 x = 0时，函数 sin x x 没有定义）。我们关心的是在 x趋于0的过程中，函数 y x x = sin 的 变化趋势，而不关心函数在 x = 0处是否有定义，如果有定义的话函数 值为多少

定义3.1.1设函数y=f(x)在点x的某个去心邻域中有定义, 即存在ρ>0,使 O(ro, p)xcD 如果存在实数A,对于任意给定的>0,可以找到δ>0,使得当 04x-x0kA(x 如果不存在具有上述性质的实数A,则称函数f(x)在点x的极限不 存在

定义3.1.1 设函数 y fx = ( )在点 x0的某个去心邻域中有定义， 即存在 ρ ＞0,使 0 0 Ox x ( , )\ ρ { } ⊂ Df 。 如果存在实数 A，对于任意给定的ε > 0，可以找到δ > 0，使得当 0 0 <| | x x − < δ 时，成立 | () | fx A − < ε ， 则称 A是函数 f x( ) 在点 x0 的极限，记为 lim x x → 0 f x( ) = A, 或 f x( ) → A ( x → x0 )。 如果不存在具有上述性质的实数 A，则称函数 f x( ) 在点 x0 的极限不 存在

定义3.1.1设函数y=f(x)在点x的某个去心邻域中有定义 即存在p>0,使 xo,p)xorc 如果存在实数A,对于任意给定的E>0,可以找到δ>0,使得当 04x-x0k0,38>0,x(04x-x0k6):f(x)-4kE

函数极限定义的符号表述： lim x x → 0 f x( ) = A ⇔ ∀ ε > 0，∃ δ > 0，∀ x ( 0 0| | 0，可以找到 δ > 0 ，使得当 0 0 <| | x x − < δ 时，成立 | () | fx A − < ε ， 则称 A是函数 f x( ) 在点 x0 的极限，记为 lim x x → 0 f x( ) = A , 或 f x( ) → A ( x → x0 )。 如果不存在具有上述性质的实数 A，则称函数 f x( ) 在点 x0 的极限 不 存在

例3.1.1证明lime=1 证ε>0(不妨设00,使得当00,当x满足0<x<δ时,成立 <E, 所以 lim e=1。 x→

例 3.1.1 证明 0 lim e 1 x x→ = 。 证 ∀ ε > 0 (不妨设0 1 0，使得当0 ε ，当x满足0 < x < δ 时，成立 ｜e 1 x − ｜< ε ， 所以 lim x→0 e 1 x =

例3.1.1证明lime=1。 证>0(不妨设00,使得当00,当x满足00,正数δ并不要求取最大的或最佳的值, 所以对具体的函数极限问题,常常采用与数列极限证明时类似的适度 放大技巧

同样，对任意给定的ε > 0，正数δ 并不要求取最大的或最佳的值， 所以对具体的函数极限问题，常常采用与数列极限证明时类似的适度 放大技巧。 例 3.1.1 证明 0 lime 1 x x→ = 。 证 ∀ ε > 0 (不妨设0 1 0，使得当0 ε ，当x满足0 < x < δ 时，成立 ｜e 1 x − ｜< ε ， 所以 lim x→0 e 1 x =

例3.1.2证明limx2=4。 证对任意给定的ε>0,要找δ>0,使得当0<x-2kδ时,成立 4 <E 因为|x2-4|=x-2x+2,保留因子|x-21,而将因子 x+2放大,为此加上条件 2<1,即1<x<3, 于是x+2<5,从而有 4<5x-2 取6=min12},则当0<x-2<6时,成立 X+2< E 所以 lim x=4 x→2

例3.1.2 证明 2 2 lim 4 x x → = 。 证 对任意给定的ε > 0，要找δ > 0 ，使得当0 | 2| < x − < δ 时，成立 ｜ 2 x − 4 ｜< ε 。 因为｜ 2 x − 4 ｜= xx +⋅− 22 ， 保留因子｜ x − 2 ｜，而将因子 ｜ x + 2 ｜放大，为此加上条件 x − 2 1 < ， 即1 3 < x < ， 于是 x + 2 5 < ，从而有 2 x x − 45 2 < − 。 取δ = min ⎭⎬⎫ ⎩⎨⎧ 5,1 ε ，则当0 2 < x − < δ 时，成立 ｜ 2 x − 4 ｜= xx +⋅− 22 5 5 ε <⋅ = ε ， 所以 2 2 lim 4 x x → =

例3.1.3证明im x(x-1)1 证 XIx 保留因子|x-1,而将因子 放大。为此,加上条件 2|x+1 0<x-1<1,即0<x 于是 < x 取8=min{.26},则当0<x-1k6,成立 x(x x <-2E 122|x+1|2 所以 x(x-1)1 Im x→l x

例3.1.3 证明lim ( ) x x x → x − 1 −2 1 1 = 1 2 。 证 2 1 1 )1( 2 − − − x xx = | | | | x x − + 1 2 1 ， 保留因子| | x − 1 ，而将因子 1 2 1 | | x + 放大。为此，加上条件 0 11 < x − < ，即0 2 < x < , 于是 1 1 2| 1| 2 x < + 。 取δ = min 1, 2 { }ε ，则当0 1 < x − < δ ，成立 2 1 1 )1( 2 − − − x xx = | | | | x x − + 1 2 1 ＜ 1 2 ⋅2ε = ε ， 所以 2 1 ( 1) lim x 1 x x → x − = − 1 2

函数极限的性质 1)极限的唯一性 定理3.1.1设A与B都是函数f(x)在点x的极限,则A=B 证根据函数极限的定义,可知: E>0,36>0,Vx(00,Vx(0<x-x0k<a2):|f(x)-Bk 取δ=min{a,a2},当04x-xkd时, A-B|sf(x)-4|+1(x)-B|<E。 由于ε可以任意接近于0,可知A=B。 证毕

函数极限的性质 (1) 极限的唯一性 定理3.1.1 设 A与 B都是函数 f x( ) 在点 x0的极限，则 A = B。 证 根据函数极限的定义，可知： ∀ ε > 0，∃ 1 δ > 0，∀ x ( 0 1 0| | 0，∀ x ( 0 2 0| | < x x − < δ )：| () | 2 fx B ε − < 。 取δ = min { 1 2 δ ,δ }，当 0 0| | < x x − < δ 时， | A- B | ≤| () | f x A − + | () | f x B− < ε 。 由于ε 可以任意接近于0，可知 A= B。 证毕

(2)局部保序性 定理3.1.2若limf(x)=A,limg(x)=B,且A>B,则存在δ>0, x→x0 当0g(x) 证取51=4-B>0。由lmf()=A,>0,x(04xxk6 x→ f(x)-4ks0,从而 atB 0,Vx(0<x-xka2) x→x x)-Bk6,从而g(x)<4+B 2 取δ=min{6,62},当0<x-xkδ,成立 A+B g(x) 证毕

(2) 局部保序性 定理3.1.2 若 lim x x → 0 f x( ) = A，lim x x → 0 g( ) x = B，且 A > B，则存在δ > 0， 当 0 0 g( ) x 。 证 取 0 ε = 0 2 A B− > 。由 limx x → 0 f x( ) = A，∃ 1 δ > 0，∀ x ( 0 1 0 0，∀ x ( 0 2 0 <| | x x − < δ )： | () | gx B− < 0 ε ，从而 g x( ) < A B +2 。 取δ = min { 1 2 δ ,δ }，当 0 0| | < x x − < δ ，成立 g( ) x 2 A+ B < < f x( ) 。 证毕