diff --git a/advanced-math/3-function-and-limit/function-and-limit.tex b/advanced-math/3-function-and-limit/function-and-limit.tex index 618890a..34ba555 100644 --- a/advanced-math/3-function-and-limit/function-and-limit.tex +++ b/advanced-math/3-function-and-limit/function-and-limit.tex @@ -84,10 +84,88 @@ $\delta$邻域的几何意义:以$P_0(x_0,y_0)$为中心,以$\delta>0$为半 若极限存在,则极限唯一。 +\textbf{例题1:}设$a$为常数,$\lim_{x\to 0}\left(\dfrac{e^{\frac{1}{x}}-\pi}{e^{\frac{2}{x}}+1}+a\cdot\arctan\dfrac{1}{x}\right)$存在,求出极限值。 + +因为求$x\to 0$,所以需要分两种情况讨论: + +$ +\begin{aligned} + & \lim_{x\to 0^+}\left(\dfrac{e^{\frac{1}{x}}-\pi}{e^{\frac{2}{x}}+1}+a\cdot\arctan\dfrac{1}{x}\right) \\ + & = \lim_{x\to 0^+}\left(\dfrac{e^{\frac{1}{x}}-\pi}{e^{\frac{2}{x}}+1}\right)+\lim_{x\to 0^+}\left(a\cdot\arctan\dfrac{1}{x}\right) \\ + & = \lim_{x\to 0^+}\left(\dfrac{0\cdot\left(e^{\frac{2}{x}}\right)^2+e^{\frac{1}{x}}-\pi}{1\cdot\left(e^{\frac{2}{x}}\right)^2+1}\right)+a\cdot\dfrac{\pi}{2} \\ + & = a\cdot\dfrac{\pi}{2} \\ + & \lim_{x\to 0^-}\left(\dfrac{e^{\frac{1}{x}}-\pi}{e^{\frac{2}{x}}+1}+a\cdot\arctan\dfrac{1}{x}\right) \\ + & = -\pi+a\cdot\left(-\dfrac{\pi}{2}\right) \\ + & = -\pi-\dfrac{\pi}{2}\cdot a +\end{aligned} +$ + +因为极限值具有唯一性,所以$-\pi-\dfrac{\pi}{2}a=\dfrac{\pi}{2}a$,所以$a=-1$,极限值为$-\dfrac{\pi}{2}$。 + \subsection{局部有界性} 若极限存在且为$A$,则存在正常数$M$和$\delta$,使得当$0<\vert x-x_0\vert<\delta$时,有$\vert f(x)\vert\leqslant M$。 +\begin{enumerate} + \item 极限存在是函数局部有界性的充分不必要条件。 + \item $f(x)$在$[a,b]$上连续,则$f(x)$在$[a,b]$上有界。 + \item 有限个有界函数与有界函数的和、差、积仍是有界函数。 + \item 若$f'(x)$在有限区间$(a,b)$内有界,则$f(x)$在该区间内有界。 +\end{enumerate} + +对于结论二,可以利用极限存在必然连续的概念,对$f(x)$在区间两端求极限从而证明有界。这里两端的极限不要求是一样的,因为两端不一样的极限表明该趋向点的极限值不存在,但是仍然有界。 + +证明结论四: + +利用中值定理:$f(b)-f(a)=f'(\xi)(b-a)$。 + +令$x\in(a,b),x_0\in(a,b)$。其中这两个值不知道大小,只知道范围。 + +代入中值定理:$f(x)-f(x_0)=f'(\xi)(x-x_0)$ + +$ +\begin{aligned} + \vert f(x)\vert & =\vert f(x_0)+f'(\xi)(x-x_0)\vert \\ + & \leqslant\vert f(x_0)\vert+\vert f'(\xi)\vert\vert x-x_0\vert\text{ (重要绝对值不等式)} \\ + & \leqslant\vert f(x_0)\vert+K\cdot(b-a) \\ + & \leqslant M +\end{aligned} +$ + +\textbf{例题2:}函数$f(x)=\dfrac{\vert x\vert\sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2}$在哪个区间内有界()。 + +$A.(-1,0)$\qquad$B.(0,1)$\qquad$C.(1,2)$\qquad$D.(2,3)$ + +解:看选项,0,1,2出现次数较多,所以从$B$选项开始检查是否有界: + +$\lim_{x\to 0^-}\dfrac{\vert x\vert\sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2}=(-1)\cdot\dfrac{-\sin 2}{(-1)\cdot 4}=-\dfrac{\sin 2}{4}$ + +所以趋于$0^-$的一段有界。 + +同理$\lim_{x\to 0^+}\dfrac{\vert x\vert\sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2}=\dfrac{\sin 2}{4}$。 + +所以趋于$0^+$的一段有界。 + +$\lim_{x\to 1^-}\dfrac{\vert x\vert\sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2}$中$(x-1)$为0且在分母位置,所以极限为$\infty$,无界。 + +所以$(0,1)$无界,$B$排除。 + +同理$\lim_{x\to 1^+}\dfrac{\vert x\vert\sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2}$也无穷大而无界。 + +所以$(1,2)$无界,$C$排除。 + +$\lim_{x\to 2^+}\dfrac{\vert x\vert\sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2}$中不管前面的项,而看到后面的$\dfrac{\sin(x-2)}{(x-2)^2}$。 + +因为$\lim_{x\to 0}\dfrac{\sin x}{x}=1$,所以对于$\lim_{x\to 2}\dfrac{\sin(x-2)}{(x-2)}=1$,所以下面还有一个$x-2$,所以还是为$\infty$。 + +所以$(2,3)$无界,$D$排除。 + +验证-1处是否有界: + +$\lim_{x\to -1}\dfrac{\vert x\vert\sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2}=-\dfrac{\sin 3}{18}$。 + +所以该处有界,所以选$A$。 + \subsection{局部保号性} 若极限存在,则存在常数$\delta>0$,使得当$0<\vert x-x_0\vert<\delta$时,$f(x)$与$A$同号。 @@ -110,6 +188,8 @@ $\Rightarrow A-\epsilon