函数极限的性质和收敛准则

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§1.6 函数极限的性质和收敛准则

上一节我们引入了六种函数极限,即 ⑴ )(lim x f x +∞

→ ⑵ )(lim x f x −∞

→ ⑶ )(lim x f x ∞

⑷ )(lim x f a

x +

→ ⑸)(lim x f a

x −→ ⑹ )(lim x f a

x → 它们具有与数列极限相类似的性质和收敛准则,证明方法也相类似。我们这里仅就第⑹种类型的极限作为代表来叙述其某些性质并证明其中一些,其他五种情形的性质及证明只要相应修改一下即可。

一、函数极限的性质

1Th (唯一性)如果)(lim x f a

x →存在,则必定唯一。

证一:设)(lim x f a

x →A =,B x f a

x =→)(lim 。则

,0,01>∃>∀δε当1||0δ<−

,02>∃δ当2||0δ<−

{}2,1min δδδ=,则当δ<−

因而有ε2)()())(())((<−+−≤−−−=−B x f A x f B x f A x f B A ……(3) 由ε的任意性,(3)式只有当0=−B A 时,即B A =时才成立。 证二:反证,如)(lim x f a

x →A =,B x f a

x =→)(lim 且B A >,取2

0B

A −=

ε,则0>∃δ,使当δ<−

2

)(200B

A B x f A B A +=

+<<−=+εε 矛盾。 2Th (局部有界性)如果)(lim x f a

x →存在,则()U a ∃o

使)(x f 在()U a o

内有界。

证:设b x f a

x =→)(lim ,则对10=ε,00>∃δ,当00δ<−

从而()()1f x f x b b b ≤−+<+

令b M +=1,则当00δ<−

x =→)(lim ,c x g a

x =→)(lim

1) 若c b >,则00>∃δ,当00δ<−; 2) 若00>∃δ,当00δ<−

证:1) 取2

0c

b −=

ε即得。2)反证,由1)即得。 推论(保号性)如果b x f a

x =→)(lim 且0≠b ,则00>∃δ使当00δ<−

4Th (四则运算法则)若)(lim x f a

x →与)(lim x g a

x →都存在,则))()((lim x g x f a

x ±→,)

()(lim x g x f a

x →皆存在,且

))()((lim x g x f a

x ±→=)(lim x f a

x →±)(lim x g a

x →

)()(lim x g x f a

x →=⋅→)(lim x f a

x )(lim x g a

x →

又若)(lim x g a x →0≠,则)()(lim x g x f a x →也存在且)()(lim x g x f a x →=)

(lim )(lim x g x f a

x a x →→

(证略)。

特例:若)(lim x f a

x →存在,则对任意常数c 有)(lim )(lim x f c x cf a

x a

x →→=。

Th5 (复合函数求极限法则)(或叫变量替换法则) 若)(lim x g a

x →A =,B u f A

u =→)(lim ,则当下面两个条件

1)0>∃δ,当(,)x U a δ∈o

时,A x g ≠)( 2)f 在A 点有定义且)(A f B =

有一个满足时都有B u f x g f A

u a

x ==→→)(lim ))((lim

(证略)。

求极限之例:

例1:2241lim lim 5lim 2lim lim 1

52lim 1

21

1

121221==+++=+++−→−→−→−→−→−→x x x x x x x x x x x x 例2:)1

3

11(

lim 31+−+−→x x x

解:1−→x 时13

,113

++x x 极限都不存在,所以不能直接应用四则运算法则。但当1−≠x 时有 1

2

1)2)(1(13112

33−−−=+−+=+−+x x x x x x x x 所以=+−−=+−−=+−+−→−→−→−→)

1(lim )2(lim 12lim )1311(lim 21

1

2131x x x x x x x x x x x x 1−=L 例3:1

3132lim 22−−+−∞→x x x x x

解:由于1lim 0x x →∞=,而22

2211313213132x

x x x x x x x −−+−=−−+−,故 2002)132(lim 2=+−=+−∞

→x x x 且3003)113(lim 2=−−=−−∞

→x x x

因此,原式3

2

=

。 例4:)34(lim 22

+−

++∞

→x x x x

解:由于=

=

原式lim 2x ===

其中,141lim

=++∞

→x x 的求法是根据1)41(lim =++∞

→x x 、a u a

u =→lim (上节习题)及

复合函数求极限法则而得。

例5:证明)1,0.(lim ,1lim 00

≠>==→→a a a a a x

x

x x x

x

(留作自学内容。书上有)。

例6

:0

1

lim

x x

→− 解:令t x =+1,则0→x 时1→t ;且当0≠x 时1≠t 。

故0

001111lim

lim )1x t t x x x x x t αα→→→→−===− 例7:38

23

1lim

x

x x +−−−→

解:令t x =3,则3

x t =;且当8−→x 时2−→t ;8−≠x 时,2−≠t 。故

)31)(2(3

1lim 231lim 231lim

3323238

+−+−−=+−−=+−−−→−→−→t t t t t x

x t t x )31)(2(8lim 332+−+−−=−→t t t t

26

12

3

1)42(lim

322

−=−=+−+−−=−→t t t t

二、函数极限存在的判别准则

数列极限与函数极限之间的联系:

6Th (Heine 定理,海涅定理或叫归结原则)

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