无穷小量与无穷大量的比较

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§5 无穷小量与无穷大量的比较

先看数列的情形.设,n n x y 是无穷小量,即:lim n →∞

n x =0,lim n →∞

n

y =0.

考虑n n

n y x ∞→lim

可能出现各种情形:

0lim ≠=∞→c y x n

n n , n c x n =,n y =1n ; 0lim =∞→n

n n y x , n x =21

n ,n y =1n ; ∞=∞→n

n n y x lim , n x n 1=,21

n y n =

n n n y x ∞→lim 不存在 n

n n y x ∞→lim 是有界量,n x =(1)n n -,n y =1

n , n n n y x

∞→lim 是无界量,但非无穷大,n x =

[1(1)]n n +-,n y =21

n

, 这时

n n

x y =[1(1)]n

n +- 可见,有些无穷小量可以比较,但有些不能。

定义3.10 设lim n →∞

n x =0,lim n →∞

n y =0.

(1)若存在A >0,B >0及正整数N ,使得当n N >时,有 0

||

||

n n x y ≤B , 则称n x 与n y 是同阶的无穷小量; (2)若lim

n →∞

n

n

x y =1,则称n x 与n y 为等价的无穷小量,记为n x ~n y ;

(3)若lim

n →∞

n

n

x y =0,则称n x 为较n y 高阶的无穷小量,或称n y 是较n x 低阶的无穷

小最.记为 n x =o(n y ). 自然地,符号)1(o x n =,就表示n x 为无穷小量。

n x 与n y 是同阶无穷小量⇔若存在A >0,B >0及正整数N ,

使得当n N >时,

有 0

||

||

n n x y ≤B , ⇔则当n 充分大后,其绝对值互相被一常数倍限制着,

即 ||n x ≤B ||n y ,||n y ≤

1

A

||n x , 它们趋向于0的速度可以用常数倍来度量

n x 是比n y 高阶的无穷小量⇔n x =o(n y )⇔lim

n →∞

n

n

x y =0 ⇔

n n

n

y x α=或n n n y x α=其中0lim =∞

→n n α

⇔0>∀ε,N ∃,当N n >时,n n y x ε<||

这表明n x 趋于0的速度比n y 快得多。

n x 与n y 为等价无穷小量⇔n x ~n y ⇔lim

n →∞

n

n

x y =1 ⇔

n n

n

y x α=-1,其中0lim =∞→n n α

⇔n n n n y y x α+=

⇔)(n n n n n y o y y x ==-α, 这表明:1、n 充分大时,n x 于n y 几乎相等。 2、两个等价无穷小量之差是比其自身更

高阶的无穷小量

还要引进一个记号:

n x =()n O y ⇔ 如果

n n x y 是有界的,即||n n

x

y ≤M )1(O x n = ⇔ 如果M x n ≤||

几个常用结论: 1、若 lim

n →∞

n

n

x y =0a ≠ ⇒ n x 与n y 是同阶的 ⇒ n x =()n O y 且)(n n x O y =

因为由极限的性质知 lim

n →∞||

||n n

x y =||a >0

则存在N ,当n N >时,有 2

|

|||||||a a y x n n <- 或

2

|

|3||2||a y x a n n << 由 2||3||a y x n n < 得n x =()n O y

由|

|2

||2||a x y a n n <<得)(n n x O y = 2、n x =()n o y ⇒ n x =()n O y n x =()n o y ⇔lim

n →∞

n n x y =0 ⇒ ||n n

x

y ≤M ⇒ n x =()n O y

3、⇒=)1(o x n )1(O x n =

例 1、 )1()1()1(n

O n O n o =+ 只要证n

n O n

o 1)

1()1(+是有界量

2、 )1()1()1(n

o n O n o =⋅ 只要证n

n O n

o 1)

1()1(⋅是无穷小量

注意:上面的等式不可以反过来写!

如果选定

1

n

作为无穷小量的标准,若n x 满足

lim

n →∞

1n

x n α

=a 0≠, 其中α是某个正常数,则称n x 是α阶无穷小量,这时 n x =

a

n

α+n α )1(1o n n αα=是较1n α高阶的无穷小量,我们把a

n

α称为n x 的主

部。 例

1n +-n =

11n n ++是1

2

阶的无穷小量,由于

)(21111

∞→→++n n

n n 故其主部是12n .

类似的概念也可转移到连续变量的函数极限.

以x a →为例.设lim x a

→()f x =0,lim x a

→()g x =0,

当x a →时()f x 与()g x 是同阶的无穷小量⇔若存在A >0,

B >0以及0δ>, 当0||x a δ<-<时,有 A ≤()

|

|()

f x

g x ≤B 当x a →时()f x 与()g x 是等价的无穷小量⇔lim x a →()

()

f x

g x =

1, ⇔()f x ~()g x (x a →)

当x a →时()f x 是较()g x 高阶的无穷小量⇔ lim x a →()

()

f x

g x =

0 ⇔()f x =(o ()g x )(x a →).

若存在0δ>,使得()

()

f x

g x 在0||x a δ<-<有界 ⇔()f x =

(O ()g x ) (x a →).

例 判别下列等式是否正确

)1(sin O x =(0→x )

, )1(sin o x =(0→x ), )(sin x O x =(0→x )

, )(sin x o x =(0→x ) 解 0sin lim 0

=→x

x ⇔)1(sin o x =(0→x )

,⇒)1(sin O x =

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