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1.3 函数的极限

§1.3\S1.3 函数的极限#

一、自变量趋于有限值时函数的极限(xx0x\rightarrow x_0#

1. 定义(ϵδ\epsilon-\delta定义)#

f(x)f(x)U(x0,δ)\overset{\circ}{U} (x_0,\delta') 处有定义,ϵ>0δδ0<xx0<ϵ\forall \epsilon \gt 0 \quad \exists \delta \le \delta' \quad 0\lt |x-x_0|\lt \epsilon,有Aϵ<f(x)<A+ϵA-\epsilon\lt f(x)\lt A+\epsilon成立

  • limxx0f(x)=Aϵ>0,δ>0,xU(x0,δ),有f(x)A<ϵ成立\displaystyle \lim_{x\to x_0}f(x)=A \Leftrightarrow \forall \epsilon\gt 0,\exists \delta \gt 0, \forall x \in \overset{\circ}{U} (x_0,\delta') ,有|f(x)-A|\lt \epsilon 成立
  • limxx0f(x)=Af(x)=A+α(x),其中limxx0α(x)=0(无穷小量)\displaystyle \lim_{x\to x_0}f(x)=A \Leftrightarrow f(x)=A+\alpha(x),其中\displaystyle \lim_{x\to x_0}\alpha(x)=0(无穷小量)

2. 函数极限的性质#

与数列极限的性质相似

  1. 唯一性
  2. 局部有界性
limxx0f(x)=AU(x0,δ)内函数有界\lim_{x\to x_0}f(x)=A \Leftrightarrow \overset{\circ}{U} (x_0,\delta)内函数有界
  1. 局部保序性
limxx0f(x)=Alimxx0g(x)=B若存在δ>0,当xU(x0,δ)时,恒有f(x)g(x),则有AB\lim_{x\to x_0}f(x)=A \quad \lim_{x\to x_0}g(x)=B \\ 若存在 \delta \gt 0,当x\in \overset{\circ}{U} (x_0,\delta)时,恒有 f(x)\le g(x),则有A\le B
  1. 局部保号性
limxx0f(x)=A,若存在δ>0,当xU(x0,δ)时,恒有f(x)/0,则有A/0设\lim_{x\to x_0}f(x)=A,若存在\delta \gt 0,当x\in \overset{\circ}{U} (x_0,\delta)时,恒有 f(x)\le/\ge 0,则有A\le/\ge 0
  1. 归结原则
f(x)U(x0,δ)上有定义,limxx0f(x)=A任意收敛于x0的数列{xn}(xnx0)恒有limxx0f(xn)=A设f(x)在\overset{\circ}{U} (x_0,\delta)上有定义, \lim_{x\to x_0}f(x)=A \Leftrightarrow 任意收敛于x_0的数列\{x_n\}(x_n \ne x_0)恒有\lim_{x\to x_0}f(x_n)=A

#

证明 limx0sin1x\lim_{x\to 0}\sin \frac{1}{x} 不存在

解:

{xn}=12nπ(xn0)limnxn=0limnf(xn)=0\{x_n\}=\dfrac{1}{2n\pi}(x_n\ne 0)\quad \lim_{n\to \infty}x_n=0 \quad \lim_{n\to \infty}f(x_n)=0

{xn}=12nπ+π2(xn0)limnxn=0limnf(xn)=1\{x_n'\}=\dfrac{1}{2n\pi+\frac{\pi}{2}}(x_n’\ne 0)\quad \lim_{n\to \infty}x_n'=0 \quad \lim_{n\to \infty}f(x_n')=1

limnf(xn)limnf(xn)\because \lim_{n\to \infty}f(x_n) \ne \lim_{n\to \infty}f(x_n')

极限不存在\therefore 极限不存在

3. 单侧极限:左/右极限#

单侧极限

  • 对于 ϵ>0\forall \epsilon \gt 0ϵ>0\exists \epsilon \gt 0,当 x0<x<x0+ϵx_0\lt x \lt x_0+\epsilon 时,f(x)A<ϵ|f(x)-A|\lt \epsilon 成立,称 AAf(x)f(x)xx 趋向 x0x_0 时的右极限,记作 limxx0+f(x)=A\displaystyle \lim_{x\to x_0^+}f(x)=Af(x0+)=Af(x_0^+)=A
  • 若当 x0ϵ<x<x0x_0-\epsilon\lt x \lt x_0 时,f(x)A<ϵ|f(x)-A|\lt \epsilon 成立,称AAf(x)f(x)xx 趋向 x0x_0 时的左极限,记作 limxx0f(x)=A\displaystyle \lim_{x\to x_0^-}f(x)=Af(x0)=Af(x_0^-)=A

定理:f(x)f(x) 在点 x0x_0 存在极限 \Leftrightarrow f(x)f(x)x0x_0 的左右极限都存在且相等

二、自变量趋于无穷大时函数的极限(xx\rightarrow \infty#

1. 定义#

limxf(x)=Aϵ>0,X>0,x>X,恒有f(x)Aϵ \lim_{x\to \infty} f(x)=A \Leftrightarrow \forall \epsilon \gt 0, \exists X\gt 0,当|x|\gt X时,恒有|f(x)-A|\le \epsilon

2. 几何意义#

对于任意 ϵ>0\epsilon \gt 0 总存在 X>0X\gt 0x>Xx\gt Xx<Xx\lt -X 时,曲线 y=f(x)y=f(x) 位于 y=A+ϵy=A+\epsilony=Aϵy=A-\epsilon 之间

1.3 函数的极限
https://gitee.com/jason_ren/advanced-math-note
作者
Jason Ren
发布于
2025-12-03
许可协议
CC BY-SA 4.0

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