当前课程知识点:微积分(先修课) > 第一章 极限 > 1.5 夹逼定理与单调有界收敛定理 > 1.5.1 夹逼定理与单调有界收敛定理(1)
同学们大家好
欢迎来到大学先修课
微积分MOOC课程
今天我们介绍第一章
极限
第五节
夹逼定理与单调有界收敛定理(1)
夹逼定理是极限理论中的
一个重要结论
是微积分中
判断极限存在的基本方法之一
正是有了夹逼定理
我们才能得到微积分中的
两个重要极限的值
也就是sinx比上x
在x趋向于0时的极限
等于1
和
1+x分之1括起来x次方
在x趋向无穷时的极限等于e
正是因为有了
这两个重要极限的值
我们才能得到
sinx的导数等于cosx
e的x次方的导数等于
e的x次方
这样的基本导数公式
在这一讲中
我们将介绍夹逼定理的具体内容
以及利用夹逼定理
求极限的具体方法
夹逼定理
定理13
我们假设
函数f(x) g(x) h(x)
在x0的某个去心邻域内有定义
而且满足
下面两个条件
第一个条件
f(x)小于等于g(x)
g(x)小于等于h(x)
第二个条件
f(x)和h(x)
在x趋向于x0时的极限
都存在
而且相等
那么我们得到的结论就是
函数g(x)在x趋向于x0时的
极限也存在
而且极限值
与f(x)和h(x)的极限值是相等的
在这个定理中
第一个条件
这个不等关系我们一般称为
夹条件
第二个条件
这两个极限相等
我们一般称为逼条件
所以说
这个定理
我们习惯地称为夹逼定理
夹逼定理给出的结论是很直观的
所以接受这个结果
并没有什么困难
下面我们给出夹逼定理的证明
对于任意的正数ε
因为f(x)和h(x)在x趋向x0时的极限
都等于A
所以根据极限的定义
我们一定找到一个大于0的数δ
只要x-x0的绝对值小于 δ
而且大于0
我们就一定有f(x)
是大于A-ε小于A+ε
同时h(x)也是
大于A- ε小于A+ε
因为我们定理中的条件1
说明g(x)是介于f(x)和h(x)之间
所以
只要x-x0的绝对值小于δ
而大于0
我们就有
g(x)一方面是大于等于f(x)
大于A-ε
另外一个方面
是小于等于h(x)
小于A+ε
那么根据极限的定义
这样我们也就证明了g(x)
在x趋向x0时的极限就等于A
对于数列我们也有夹逼定理
数列的夹逼定理
写出来
具体的就是
定理14
我们假设
数列an bncn
它满足下面两个条件
第一个条件
就是
an小于等于bn
bn小于等于cn
第二个条件
就是an和cn的极限存在
而且相等
我们的结论就是
bn的极限存在
而且bn的极限与an和cn的极限
是相等的
下面我们利用夹逼定理来求
几个具体的极限值
例1 我们求一下
根下(x+1)减掉根下(x-2)
在x趋向正无穷时的极限
这个函数在x趋向正无穷时
它的两部分极限并不存在
我们做一个简单的有理化
也就是
根下(x+1)减掉根下(x-2)
就等于
3除上(根下(x+1)+根下(x-2))
我们给它放大到3除上根下x
因为
这个不等式的左端
0的极限是0
而右端根下x分之3
在x趋向正无穷时
它的极限等0
所以利用夹逼定理
我们就得到
我们要求的极限值就是0
第2个例题
我们已知b大于a
a大于0
我们来求
a的n次方加上b的n次方
括起来的n分之1次方的极限
在这个数列中
我们知道b是大于a的
所以说b的n次方
应该是比a的n次方要大得多
我们做下面这个变形
我们将b的n次方提出
那么我们数列的通项
就变成了b乘上括号里面
是a除上b括起来的n次方
加上1
再括起来之后做n分之1次方
因为a除上b是大于0
小于1的
所以我们就得到我们数列的通项
一方面是大于b的
另外一方面是小于b乘上
2的n分之1次方
在这个不等式的两端
左端的极限是b
而右端的极限
我们利用
2的n分之1次方的极限
等于1
就得到
右端的极限也是b
所以利用夹逼定理
就得到了我们要求的极限值
就等于b
第3个例题
我们求一下x乘上x分之1取整
在x趋向于0时的极限
在这个题目中
取整只是一种记号
它不是一个常规的数学运算符号
所以说我们要求这个函数的极限
不能直接利用前面得到的
四则运算
或者是复合函数它的运算法则
但是利用取整函数的性质
我们知道
对于任意的x不等0
那么x分之1取整
一定是小于等于x分之1
同时
要大于x分之1减1
在x大于0时
我们两端同乘x
就会得到x乘上x分之1取整
一方面小于等于1
另外一方面就大于1-x
在这个不等式的两端
我们让x大于0趋向于0
右端的极限是1
左端的极限也是1
所以我们根据夹逼定理
就得到了x乘上x分之1取整
这个函数在0这点的右极限就等于1
如果x是小于0
那么我们就会得到下面这个不等式
也是x乘上x分之1取整
一方面是大于等于1
另外一方面是要小于1-x
在这个不等式的两端
当x小于趋向于0时
左端的极限是等于1
右端的极限也是1
这样利用夹逼定理
我们就得到了x
乘上x分之1取整
在0这点的左极限也是1
那么
根据极限与左右极限的关系
我们知道
我们要求的极限值是存在的
而且它的值就等于1
第4个例题
我们求下面这个数列的极限
数列的通项是n方加1分之1
加上n方加2分之2
一直加到
n方加n分之n
对这个数列来说
我们没法得到它通项的简单表达式
所以我们也就
无法利用极限的运算法则
直接求得
这个数列的极限值
如果我们对这个数列的通项
做个适当的缩小
和适当的放大
我们看看情况会怎么样
我们为了把这个数列的通项缩小
那么我们就把求和里面
每一项的分母变大
也就是
这个数列
它的通项应该是大于n方加n分之k
对k从1到n求和
这个和式我们是可以求出的
也就等于2分之1倍的n方加n
分之n乘(n+1)
也即是2分之1
这说明
这个数列它的每一项都是大于
2分之1的
而这个数列
我们
对它进行适当的放大时
就是要把
求和中的每一个的分母
都变成最小
也就是
它小于n方加1分之k
对k从1到n取值求和
也就等于
2分之1倍的n方加1分之
n乘(n+1)
我们上下同除以n的平方
就知道
这个数列的极限
应该是
等于2分之1
这样
我们利用夹逼定理
就求出了我们要求的极限值
就等于2分之1
对于任意的实数a
我们证明
a的n次方
除上n!它的极限是等0的
在这个问题中
a=0是显然的
a的绝对值小于等于1也是容易求证的
我们接下来
只证明a的绝对值大于1的情况
对于给定的实数a
我们知道
一定存在正整数N
使得a的绝对值是大于等于N
而小于等于N+1的
所以
当n大于N时
我们就有
a的n次方除上n!的绝对值
一方面它是大于等于0的
另外一方面我们给它写开
就等于a的绝对值除1乘上a
的绝对值除2
一直到a的绝对值除上N
后面就是a的绝对值除上N+1
一直
乘到a的绝对值乘n
在这些项中N是常数
所以从1到N
这N个因子乘起来应该是常数
而从N+1到n-1
这个因子它都是小于1的
所以我们把这几个因子放大到1
另外a的绝对值也是常数
所以这样放大之后
我们知道
这些项的乘积
可以统一地写成是小于n分之C
其中C是与n无关的一个常数
在这个不等式中
左端的极限是0
而右端的极限显然也等于0
所以利用夹逼定理
我们就得到了
A的n次方除上n!的绝对值的极限
是等于0的
也就是a的n次除上n!的极限
等于0
在这一讲中
我们介绍了判断极限存在的夹逼定理
对一个具体的数列来说
如何做适当的放大和适当的缩小
是正确运用夹逼定理的关键
通过一定量的练习
我们要了解常用的放缩方法
逐步地掌握夹逼定理及其应用
在下一讲中
我们将介绍判断极限存在的
另一个重要方法
也就是
极限存在的单调有界收敛定理
谢谢同学们下一讲再见
-0.1 绪论
--0.1.1 绪论
-1.1 极限概念引例
--第1.1节测试 极限概念引例
-1.2 极限的概念
--第1.2节测试 极限的概念
-1.3 极限的性质
--第1.3节测试 极限的性质
-1.4 极限的运算
--第1.4节测试 极限的运算
-1.5 夹逼定理与单调有界收敛定理
--第1.5节测试(1) 夹逼定理与单调有界收敛定理
--第1.5节测试(2) 夹逼定理与单调有界收敛定理
-1.6 两个重要的极限
--第1.6节测试 两个重要的极限
-1.7 无穷小量
--第1.7节测试 无穷小量
-2.1 连续函数的概念
--第2.1节测试 连续函数的概念
-2.2. 初等函数的连续性结论
--第2.2节测试 初等函数的连续性结论
-2.3 连续函数的性质
--第2.3节测试 连续函数的性质
-3.1 导数与导函数
--第3.1节测试 导数与导函数
-3.2 微分
--3.2.1 微分
--第3.2节测试 微分
-3.3 导数的运算
--第3.3节测试 导数的运算
-3.4 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
--3.4.1 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
--第3.4节测试 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
-3.5 高阶导数
--第3.5节测试 高阶导数
-4.1 极值和极值点
--第4.1节测试 极值和极值点
-4.2 微分中值定理
--第4.2节测试 微分中值定理
-4.3 洛必达法则
--第4.3节测试(1) 洛必达法则
--第4.3节测试(2) 洛必达法则
-4.4 函数单调性的判定
--第4.4节测试 函数单调性的判断
-4.5 函数的极值及其求法
--第4.5节测试 函数的极值及其求法
-4.6 函数的最值及其应用
--第4.6节测试 函数的最值及其应用
-4.7 曲线的凸性和拐点
--第4.7节测试 函数的凸性和拐点
-4.8 曲线的渐近线
--第4.8节测试 曲线的渐近线
-4.9 泰勒(Taylor)公式
--第4.9节测试 泰勒公式
-4.10 原函数与微分方程初步
--第4.10节测试 原函数与微分方程初步
-5.1 定积分问题举例
-5.2 定积分的概念
--第5.2节测试 定积分的概念
-5.3 定积分的基本性质
--第5.3节测试 定积分的性质
-5.4 微积分基本定理
--第5.4节测试 微积分基本定理
-5.5 定积分的几何应用
--第5.5节测试 定积分的几何应用
-5.6 定积分的物理应用
-6.1 换元积分法
--第6.1节测试 换元积分法
-6.2 分部积分法
--第6.2节测试 分部积分法
-6.3 有理函数的积分法
--第6.3节测试 有理函数的积分法
-6.4 定积分应用举例
--第6.4节测试 定积分应用举例
-6.5 反常积分
--第6.5节测试 反常积分
-7.1 无穷级数
--第7.1节测试 无穷级数
-7.2 正项级数
-7.3 比值判敛法和根式判敛法
--第7.3节测试 比值判敛法和根式判敛法
-7.4 一般项级数
--第7.4节测试 一般项级数
-7.5 幂级数
-7.6 函数的幂级数
--第7.6节测试 函数的幂级数
-7.7 泰勒级数
--第7.7节测试 泰勒级数
-7.8 幂级数的简单应用
-8.1 一阶可求解常微分方程
--第8.1节测试 一阶可求解常微分方程
-8.2 一阶线性微分方程
--第8.2节测试 一阶线性微分方程
-8.3 二阶线性常系数微分方程
--第8.3节测试 二阶线性常系数微分方程
-8.4 常系数微分方程简单应用举例
-期末考试
--期末考试说明
-期末考试--期末考试