当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第一章 多元函数微分学 > 第一节 多元连续函数 > 二重极限的例题
前面我们讨论过了
二元函数在一点的二重极限的概念
接下来我们来看一下几个简单例题
第一个例题 我们就利用定义证明
第一个 就是在x趋向于零 y趋向于零时
这个函数x乘y的极限等于零
然后 我们用定义证明
在x趋向于零 y趋向于零时
函数x乘上sin y分之一
加上y乘上sin x分之一
它的极限也是零
第三个 我们证明一下
就是在x趋向于无穷 y趋向于无穷
也就是x y这个点
到原点的距离趋向于无穷时
x加上y除上x方加y方 它极限是零
通过这三个简单函数极限的证明
我们希望能进一步地体会一下
刚才我们介绍的
所谓二元函数在一点的二重极限
是什么意思
譬如说我们第一个例子
我们实际上也就是要证xy
减掉零的绝对值在x y这个点
到原点的距离趋向于零时
它应该是可以充分小的
实际上也就是问
当x y这个点到原点的距离趋向于零时
我们能不能说这个绝对值也是趋向于零的
我们自然要想办法 把这个绝对值
与x y这个点到原点的距离联系起来
这个联系 实际上我们就用一下均值不等式
它就应该小于等于二分之一倍的x方加y方
这个我们可以形式地就写成二分之一倍的
这个点x y到原点的距离 它的平方
那么根据一元函数时
我们讨论的一些极限的性质
我们知道 当这个距离趋向于零时
它的平方自然是趋向于零的
它的平方趋向于零 那么根据夹逼定理
我们自然知道 这个绝对值
它应该就是趋向于零的
到了这里 基本上这个证明就证完了
如果说 我们要用定义的形式给它写一写
怎么写 就这样写 就是任给ε大于零
我为了使 也就是要使
这个x乘y减零这个绝对值小于ε
由上面这个不等式
我就只要使 二分之一这个
根下x方加y方 平方小于ε就可以
也就是 我只要 就是这个东西
让它小于ε的时候 只要这个距离
根下x方加y方小于根下两倍的ε就可以
这样 我就取δ就等于根下两倍的ε
那么这样的δ就满足 则当这个距离
这是 x y这个点到原点的距离
小于δ大于零时
我就有这个函数值x乘y到零的距离
也就是减掉零的绝对值小于ε成立
那么 我们按照二重极限的定义
我们是不是就这样说 任给ε大于零
我们找到了一个δ大于零
只要x y这个点到原点的距离
小于δ大于零
那么它对应的函数值与零这个数
差的绝对值就小于ε成立
那么根据二重极限的定义
也就是这个x趋向于零 y趋向于零时
这个函数的极限就是零
我想这个过程 就是我们证明
一个简单的二元函数
在具体点的极限是不是一个数
怎么去证明 也就是说 给了一个ε之后
我们要想办法把它对应的δ找出来
实际上整个的基本想法
就是把函数值与A差的绝对值
与这个点到那个定点的距离联系起来
有了这个思路之后 譬如说第二个例子
我们是不是可以这样写
这是第一个证明 第二个证明
还是证明它极限是零 那么我们看一下
x乘上sin y分之一
加上y乘上sin x分之一减掉零
它应该是小于等于x的绝对值
乘上sin y分之一的绝对值
放大到一 再加上y的绝对值
再乘上sin x分之一的绝对值
再给它放大到一
所以我们直接就写成这个样子
而这一个 x绝对值自然就是x平方开方
它当然就小于x方加y方再开方
类似的 y的绝对值 它是y的平方再开方
它自然也就小于等于x方加y方再开方
所以这样 我们就可以与x y这个点
到原点的距离联系起来
我想 写到这个程度之后
接下来大家是不是可以自己写这个问题
也就是说任给ε大于零 你取的δ等于多少
也就是 我为了要证明这个极限是零
只要使得这个距离小于ε就行了
那么实际上我们知道
我取的这个δ就是二分之ε
如果这样子说
则当这个距离小于δ大于零时
我们就有这个函数在x y这点的值
减掉零的绝对值应该就小于ε
那根据二重极限的定义 也就是证明了
这个极限等式是成立的
我想这是第二个例子的证明
第三个例子
我们要证明x加y除上x方加y方
在x y趋向无穷时 它的极限是零
跟刚才的想法一样 也就是
我们要看一看x加y除上x方加y方减掉零
这个时候大家注意到
我们点x y到原点的距离是趋向于无穷的
所以我们要想把这个差的绝对值
与它的距离联系起来
应该想办法让这个距离 它的指数是负数
这时候当距离趋向无穷时
那么距离的负数次方 自然是趋向于零的
实际上 这个地方 我们直接用
绝对值的三角不等式
也就是它小于x绝对值加上y的绝对值
再除上x方加上y方
跟第二个例题类似
x绝对值加上y的绝对值
应该是小于等于 两倍的根下x方加y方
这样 也就小于等于2除上根下x方加y方
那我们得到了这个不等式之后
我们知道 要使这个绝对值充分小
只要使得这个不等式的右端
可以充分小就可以了
所以说 任给一个ε大于零
然后我要使得这个差的绝对值小于ε
只要使得这个不等式的右端
小于ε就可以 也就是说
我有这个2除上根下x方加y方小于ε
我就会得到这个根下x方加y方是大于
ε分之2 所以这个时候
我只要取这个大N等于ε分之2
我就 则当这个距离x方加y方大于大N
也就是x y这个点的距离
x y这个点到原点的距离大于大N时
我就有x加上y除上x方加y方减掉零
绝对值小于ε成立
那根据x y趋向于无穷时极限的定义
也就是 我们要证的这个极限等式
是成立的 我想这是关于第三个例题
就是说 这几个例题
主要就是通过具体的例子
让大家体会一下 对于具体的函数来说
当ε给定时 我们怎么去找满足条件的δ
或者是满足条件的大N
好 我们再看另外一个例题
我们也就是来计算下面这几个极限值
第一个 也就是limit x趋向零 y趋向零
x方加上y方乘上sin x方加y方分之一
第二个 就是x趋向于零 y趋向于一
ln 一加上x乘y 再除上x
第三个 是x趋向于零 y趋向于零
sin是一加x乘上y 再除上y
那我们来看一下 这三个极限怎么求
所谓求极限 或者是做极限运算
我们当然要用到一些极限的运算法则
实际上 因为二元函数的极限它的定义
与一元函数极限的定义是完全一样的
所以说 我们一元函数
那个地方得到的所有的极限性质
和极限的运算法则
在二元函数这个地方照样成立
譬如说 我们二元函数极限仍然有
所谓的加减乘除四则运算法则
仍然有 复合函数的极限运算法则
当然 一元函数极限那个地方
得到的一些极限性质
在二元函数这个地方照样成立
譬如我们看第一个例题
第一个例题 我们作为一个计算题来说
我们要说清楚
为什么它的极限是我们给出的值
我们可以这样看
这一个在x y趋向于零时是无穷小量
而这一个 它应该是一个有界变量
那么无穷小量与有界变量的乘积
仍然是无穷小量
所以我们第一个的理由就是
因为在x趋向于零 y趋向于零时
x方加y方它的极限是零
而且 sin x方加y方分之一
它应该是一个有界变量
所以 我们要求的这个极限
x趋向于零 y趋向于零
然后x方加y方乘上sin x方加y方分之一
应该极限就是零
我想这就是说清楚了这个极限为什么是零
第二个例子 在x趋向于零 y趋向于一
也就是x y这个点趋向于0 1 这个点时
分母是趋向于零的 同时分子也是趋向于零
这个自然不能直接用复合运算
它应该是一个零比零型的不定式
但是在一元函数里面 我们应该有
与这个函数比较靠近的结论
也就是说 我们有一个ln 一加x
除上x在x趋向于零时极限是一的结论
那我们能不能用这个结论来求这个极限
我们只要做一个简单的变形就行了
x趋向于零 y趋向于一
ln 一加上x乘上y除上x
我们为了要用一元函数的结论
我在这个地方要给它乘一个y
为了保持恒等 我在上面也应该乘一个y
那么我把这个作为一个整体
利用一元函数咱们得到的结论
我们知道 在这个极限过程下
x乘y因为是趋向于零的
所以说这个分式的极限应该是一
这一个因子在x趋向于零y趋向于一时
它极限自然是一 所以利用乘法运算
我们就知道结论是一乘上一
最后结果自然是一
我想 在这个极限求值的过程中
左边这个因子 我们体现的就是说
怎么样把多元函数极限问题
转化为一元函数极限问题来处理
而这两个因子相乘
用的就是极限的乘法运算
这是第二个例题
第三个例题
x趋向于零 y趋向于零时
我们知道分母是趋向于零的
同时分子也是趋向于零
这应该也是一个零比零型的极限
而对这个函数形式 我们很容易想到
我们有一个所谓的重要极限
也就是说 它可以与重要极限联系起来
那我们直接给它变形
也就是x趋向于零 y趋向于零
sin 括号里面一加x再乘上y
我们为了用重要极限
这个地方就是一加x再乘上y
然后为了保持恒等 我们原来分母上是y
分子上也乘了一个一加x乘上y
而左边这个因子 我们已经给它写成了
一元函数我们得到的重要极限的形式
而在这个极限过程下 它极限应该是一
右边这个因子 在x y趋向于零时
它自然也是趋向于一的
所以它最后的结果是一乘上一等于一
我想这三个极限计算的例子就说清楚了
我们怎么样来求简单多元函数的极限问题
最后我们看这个例子
我们来讨论一下
函数f x y等于x乘y除上x方加y方
与函数g x y等于x乘y x方加上y
这两个函数 我们来看一看
它在原点是不是无穷小量
如果是 当然我们能够说清它为什么是
如果不是
我们自然也能够说明白它为什么不是
实际上 也就是看第一个函数和第二个函数
在x y都趋向于零时 它的极限是不是零
实际上第一个例子
在前面介绍二元函数极限的时候
我们曾经说过
如果我们取的是这个路径 也就是x趋向于零
同时我让y等于k倍x
那么这个x乘y除上x方加y方
这个时候 我们把y与x的关系代进去
它应该是等于k除上1加k方
当然 有了这个结论我们知道
它在原点的极限并不存在
当然更不会等于零
所以说这个函数在原点它不是无穷小量
那第二个函数 我们如果考虑
这个同样的路径
也就是x趋向于零 y等于k倍x
那么这个函数它就会变成这个样子
也就是 考虑x趋向于零
上边应该就是k倍的x平方
底下应该就是一个x方加上一个k倍的x
就是对一般不等于零的k来说
就是说下面是一次多项式 上面是一个
下面多项式最低的次数是一 上边是二
x趋向于零 当然极限是零
当然 如果k等于零的时候
也就是我这个沿着x轴往这儿跑的时候
这个自然是等于零的
就是y等于零的时候
所以这个 无论什么情况
沿着这个直线趋向于原点 它极限都是零
那有了这个结果 我们能不能就说
第二个函数在原点就是无穷小量
实际大家知道 光由这个结果
我们还不能下这个结论
在这个例子里面 请大家考虑一下
如果我们的路径是y等于
就是负的x方再加上 譬如说x三次方
就这条路径 这自然是经过原点的一条路径
但是在这条路径上 我们这个函数
它的分子最低次应该是负的x三次方
而分母 它就变成了是x三次方
那么在x趋向于零时
我们知道沿着这条路径
这个函数它实际是趋向于负一的
如果这样子的时候
这个函数在原点它仍然是没有极限的
所以说它也不是无穷小量
我想这几个例子 就把多元函数
我们怎么样讨论它的计算问题
怎么样用概念
处理简单函数在一点的极限问题
应该就是说 通过这几个例子
大家就可以体会到 我们的处理方法是什么
实际上除了概念之外
我们主要就是把多元函数的极限问题
与一元函数联系起来
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
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--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
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--全微分的概念
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--可微的充要条件
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--球坐标系例题
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-第三章重积分--第五节 练习题
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-第三章重积分--第六节 练习题
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-第四章 向量分析--第三节 练习题
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-第四章 向量分析--第四节 练习题
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-第四章 向量分析--第五节 练习题
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