高数笔记-函数、极限、连续

双曲函数

双曲函数常用公式

数列极限

定义 如果对于任意给定的整数$\epsilon$(不论它多么小),总存在正整数$N$,使得对于$n>N$时的一切$xn$,不等式$|x_n-a|<\epsilon$都成立,那么就称常数$a$是数列$x_n$的极限,或者称数列$x_n$收敛于$a$,记为$\lim{n\rightarrow\infin}=a$,或$x_n\rightarrow a(n\rightarrow\infin)$。如果数列没有极限,就说数列是发散的。

函数极限

定义 设函数$f(x)$在区间$|x|>a$有定义,$A$为定常数,如果对任意给定的正数$\epsilon$(无论它多么小),总存在正数$X(>a)$,使当$|x|>X$时,恒有$|f(x)-A|<\epsilon$,则称$A$为函数$f(x)$在$x$趋向于无穷大时的极限,记作$\lim_{x\rightarrow\infin}f(x)=A$或$f(x)\rightarrow A(x\rightarrow+\infin)$。

定义 设函数$f(x)$在$x0$某个去心邻域内有定义,$A$为常数,如果对于任意给定的正数$\epsilon$(不论它多么小),总存在正数$\delta$,使得对适合不等式$0<|x-x_0|<\delta$的一切$x$,对应的函数值$f(x)$都满足不等式$|f(x)-A|<\epsilon$,那么常数$A$就叫函数$f(x)$在$x\rightarrow x_0$时的极限,记作$\lim{x\rightarrow x_0}f(x)=A$或$f(x)\rightarrow A$(当$x\rightarrow x_0$)。

无穷小量

定义 如果函数$f(x)$在自变量的某个趋向过程下以零为极限,则称$f(x)$为该趋向过程的无穷小量。

定理 在同一过程中,两个无穷小的和、差仍是无穷小。

定理 在自变量的同一趋向过程下,有界变量与无穷小的乘积是无穷小。

定理 在自变量的同一趋向过程下,无穷小$\alpha(x)$与极限不等于零的函数$f(x)$的商仍为无穷小。

定理 ,其中

无穷大量

定义 在自变量的某个趋向过程中,如果对于任意给定的正数$M$(不论它多么大),总存在一个时刻,自此以后,恒有$|f(x)|>M$,则称函数$f(x)$是这个趋向过程下的无穷大量,简称为无穷大,记为$limf(x)=\infin$。

定理 在同一过程中,无穷大的倒数为无穷小;恒不为零的无穷小的倒数为无穷大。

夹逼准则

定理 设:(1)存在$\eta>0$,使当$0<|x-x0|<\eta$时,有$g(x)\leq f(x)\leq h(x)$;(2)$\lim{x\rightarrow x0}g(x)=A,\lim{x\rightarrow x0}h(x)=A$。那么当$x\rightarrow x_0$时,$f(x)$的极限存在,且$\lim{x\rightarrow x_0}f(x)=A$。

定理 如果数列$xn,y_n,z_n$满足下列条件:(1)$y_n\leq x_n\leq z_n(n>N)$;(2)$\lim{n\rightarrow\infin}yn=a,\lim{n\rightarrow\infin}zn=a$。那么数列$x_n$的极限存在,且$\lim{n\rightarrow\infin}x_n=a$。

重要极限

无穷小的比较

定义 设$\alpha,\beta$是同一过程中的两个无穷小,且$\alpha\neq0$。

(1)如果$\lim\frac{\beta}{\alpha}=0$,则称$\beta$是比$\alpha$高阶的无穷小,记作$\beta=o(\alpha)$。

(2)如果$\lim\frac{\beta}{\alpha}=\infin$,则称$\beta$是比$\alpha$低阶的无穷小。

(3)如果$\lim\frac{\beta}{\alpha}=C(C\neq0)$,则称$\beta$与$\alpha$是同阶的无穷小。

特别的,如果$\lim\frac{\beta}{\alpha}=1$,则称$\beta$与$\alpha$是等价的无穷小,记作$\alpha\sim\beta$。

当$x\rightarrow0$时常用的等价无穷小:

定义 如果$\lim\frac{\beta}{\alpha^k}=C(C\neq0,k>0)$,就说$\beta$是关于$\alpha$的$k$阶的无穷小。

定理 设$\alpha\sim\alpha’,\beta\sim\beta’$且$\lim\frac{\beta’}{\alpha’}$存在,则$\lim\frac{\beta}{\alpha}=\lim\frac{\beta’}{\alpha}=\lim\frac{\beta}{\alpha’}=\lim\frac{\beta’}{\alpha’}$。

不能滥用,对于代数和中各无穷不能分别替换。

定理 设$\alpha,\beta$是同一趋向过程下的两个无穷小,则$\alpha\sim\beta$的充要条件是$\alpha-\beta=o(\beta)$或$a-\beta=o(\alpha)$。

连续函数

定义 设函数$f(x)$在$U\delta(x_0)$内有定义,如果当自变量的增量$\Delta x$趋向于零时,对应的函数的增量$\Delta y$也趋向于零,即$\lim{\Delta x\rightarrow0}\Delta y=0$或$\lim_{\Delta x\rightarrow0}[f(x_0+\Delta x)-f(x_0)]=0$,那么就称函数$f(x)$在点$x_0$连续,$x_0$称为$f(x)$的连续点。

定义 设函数$f(x)$在$U\delta(x_0)$内有定义,如果函数$f(x)$当$x\rightarrow x_0$时的极限存在,且等于它在点$x_0$处的函数值$f(x_0)$,即$\lim{x\rightarrow x_0}f(x)=f(x_0)$,那么就称函数$f(x)$在$x_0$点连续。

如果$f(x)$在点$x_0$处左、右极限都存在,但$f(x_0-0)\neq f(x_0+0)$,则称点$x_0$为函数$f(x)$的跳跃间断点。

如果$f(x)$在点$x0$处的极限存在,但$\lim{x\rightarrow x_0}f(x)=A\neq f(x_0)$,或$f(x)$在点$x_0$处无定义,则称点$x_0$为函数$f(x)$的可去间断点。

可去间断点和跳跃间断点统称为第一类间断点,左右极限都存在。

如果函数$f(x)$在$x_0$某个去心邻域内有定义,且当$x\rightarrow x_0$时,$f(x)$左、右极限至少有一个不存在,则称$x_0$为$f(x)$第二类间断点,分无穷间断点和振荡间断点。

定理 单调的连续函数必有单调的连续反函数。

定理(零点定理) 设函数$f(x)$在闭区间$[a,b]$上连续,且$f(a)$与$f(b)$异号(即$f(a)\cdot f(b)$<0),那么在开区间$(a,b)$内至少有函数$f(x)$的一个零点,即至少有一点$\xi(a<\xi<b)$,使$f(\xi)=0$。

定理(介值定理) 设函数$f(x)$在闭区间$[a,b]$上连续,且在这区间的端点取不同的函数值$f(a)=A$及$f(b)=B$,那么对于$A$与$B$之间的任意一个数$C$,在开区间$(a,b)$内至少有一点$\xi$,使得$f(\xi)=C$。