当前课程知识点:高等数学习题课 > 第三章 函数极限 > 第2节 复合函数的极限 Cauchy收敛准则 无穷小量与无穷大量 > Cauchy收敛准则
下面我们来讨论第二部分
柯西收敛准则
在数列极限中我们讨论过类似的内容
那么函数极限
也有相应的柯西收敛准则
我们来具体看一看柯西收敛准则的形式
那么这里我们以x趋向于x0为例
那么这个函数极限存在
当且仅当任给ε大于0
存在δ大于0
当x1 x2都在以x0为中心
δ为半径的去心领域的时候
这时他们的函数值之间的距离
是小于ε的
柯西收敛准则的意思不难理解
如果这个函数极限存在
不妨设成a
当x和x0足够近时
那么fx和a的距离
就可以小于事先给定的ε
那么x1 x2都和x0足够接近时
fx1和fx2和a的距离
都小于ε
那么相应的它们彼此之间的距离也不会太远
那么反过来呢
如果任给一个ε大于0
总能够找到一个δ大于0
只要x1 x2落在x0为中心
δ为半径的去心领域里
他们的函数值之间
彼此离得都不太远
那么这时我们可以猜测
当x趋向于x0时
这个函数的极限也应是存在的
这和数列极限的柯西收敛准则
十分相似
下面我们来看一下这个定理的证明
从左往右比较容易证
这个极限首先假设它是存在的
那么我们这样
不妨设x趋于x0时
这个函数的极限为a
好 那么任给一个ε大于0
那么存在一个δ大于0
任意的x 只要x满足x减x0的绝对值
大于0 小于δ
那么就有fx减去A的绝对值小于ε
那当然了 在这啊
我们用一下极限的等价定义
小于ε当然没有问题
当然为了我最后证出右端的这个情形
我干脆对2分之ε谈
这也是可以的
好 现在我们x1 x2
它们是满足x1 x2 都在以x0为中心
δ为半径的去心领域
实际上这句话的意思
也就是x1和x0的距离小于δ
大于0
x2和x0的距离也大于0 小于δ
那么这时
我们看它们都满足了相应的这个条件
自然就有fx1减A的绝对值小于2分之ε
那么fx2呢
减A的绝对值也小于2分之ε
从而我们就有fx1减fx2的绝对值
小于等于由绝对值不等式
就小于等于fx1减A的绝对值
加fx2减A的绝对值
这样就小于了ε
那么必要性这个方向
我们就证明好了
下面我们来证明充分性这个方向
充分性这个方向
我们来证明一下
那么这个条件大家看
这个条件非常的长
我们在归结原则有类似的这种条件
证明数列极限与函数极限的归结原则时
我们曾经也遇到过类似的问题
也就是这一方
我们要证充分性时
这个已知条件特别的长
那么我要证明这个函数极限存在
这比较复杂
当时我就说了
经常我们遇到这种情况时
需要用反证法
好 必要性的证明
我们就证好了
下面我们要证充分性
也就是由右端的条件
来推出x趋向于x0时
函数极限存在
证明函数极限存在
大家知道我们已经讨论过归结原则
也就是数列极限和函数极限的关系
那么我们可以考虑由右端来利用归结原则
证明出函数极限存在
下面我们来看看怎么书写
要利用归结原则啊
我们首先有了右边的已知条件
也就是任给ε大于0
已经存在一个δ大于0了
当x1 x2进入了以x0为中心
δ为半径的去心领域
那么就有fx1减去fx2它的绝对值
首先是小于ε的
好 这是这件事首先成立了
那么我们这么看
要用归结原则来证明这个函数极限存在
现在我就应该任给一个数列xn
好 怎么给呢
这时啊
我们让n趋于无穷时
xn的极限是x0
但是呢 我们又要求xn不得x0
好 我们的目标就是证什么啊
就证明fxn的极限是存在的
就可以了
好 下面我们来对它
用一下数列极限的定义
对上述的δ大于0
那么我存在一个大N
当小n大于大N时
就有xn减x0的绝对值小于你给的δ
但是这个绝对值是大于0的
因为我们假设xn不得x0
好 那么现在任何的mn大于大N
这样xn减x0的绝对值大于0小于δ
xm减x0的绝对值
也大于0小于δ
那就有fxn减去fxm
它绝对值的差小于ε
这时我们把写的
这个部分里面的重点画出来
大家看一看
也就任给一个ε大于0
我找到了一个大N
当小m 小n大于大N时
就有fxn减fxm的绝对值小于ε
大家看一看把红颜色的这几部分
放到一起
这是什么意思呢
这说明的不是别的意思
就是fxn这个数列是一个柯西列
好 我们再这加一个
记它是柯西列
在数列极限中
我们讨论过柯西收敛准则
一个数列收敛 当且仅当它是柯西列所以我们看到了
n趋向于无穷时
fxn的极限是存在的
从而n趋于无穷时
fxn这个极限是存在的
那么我们令其为A
要利用归结原则
我们要说明任何一个不等于x0而趋向于x0的数列 xn
fxn的极限都是相同的值
我们现在给了一个数列xn
只说明它的极限存在了
我们下面要做的事
就是说明任何一个数列xn
xn不得xo
其极限均为a
那么我再给一个数列yn
比方说呢yn它的极限也是x0
而且我还要求yn是不得x0的
那么由上边的讨论
我们同理可以得到n趋无穷
fyn这个极限也是存在的
或者说fyn是一个柯西列
那么这时当然你不能设它极限是a了
比方说我们设它极限是b好了
那我们要做什么事啊
我们就想说明啊
任何一个这样的数列
他们最后收敛的值
都是一个值
相同的值
这样也就说明了函数极限存在
那么我们下边的目标很明确
就是下证AB相等
如何证呢
我们构造一个数列zN
比方说令z2n减1等于xn好了
令z2n等于yn好了
这样呢我们就得到了一个新的数列zn
它满足什么事呢
大家看 它满足的是
当n趋于无穷时
zn它的极限是x0
而且还满足zn是不得x0趋于x0的
那么我们同理
fzn也是一个柯西列
也就是说n趋于无穷时
fzn这个极限是存在的
这个极限存在它的子数列的极限
也是存在的
从而我们大家看
当n趋于无穷时
fz2n减1的极限
和n趋于无穷时
fz2n的极限应该是相等的
大家看fz2n减1的极限是谁呢
这个极限不是别人
这个极限正是A
所以呢 左边这个极限是等于A的
而大家再看z2n实际上就是yn
那么fz2n的极限是谁呢
也不是别人
这就是B
所以呢 我就得到了AB相等
这样我们就证明了任给一个数列zn
zn趋向于x0
而zn不得x0
fzn它的极限都为A
这样由归结原则
我们就可以说明当x趋向于x0时
fx的极限是存在的
由归结原则
x趋向于x0时
fx的函数极限存在
当然了 此时不是别人就是a
和数列极限不同
函数极限的过程
比较复杂
那么我们这里是以x趋向于x0时极限存在
讨论了它的柯西收敛准则
那么相应的还有其他情形的柯西收敛准则
比方说x趋向于无穷情形的
那么x趋向于无穷情形的柯西收敛原理
大家可以写出来吗
我想你可以试一试
另外 我们现在就由两种方法
证明一个函数极限存在了
一个方面可以用归结原则
另一个方面可以用柯西收敛准则
好这一部分我们就讨论到这
-课程序论
--课程序论
-第1节 集合的界与确界
--集合的界的概念
--例1.1.1
--确界的定义
--例1.1.2
--例1.1.3
--例1.1.4
--例1.1.5
--例1.1.6
--例1.1.7
-第1节 练习题--作业
-第2节 函数的性质
--映射与函数定义
--反函数
--例1.2.1
--例1.2.2
--例1.2.3
--例1.2.4
--例1.2.5
--例1.2.6
--例1.2.7
--函数的性质
--例1.2.8
--例1.2.9
--例1.2.10
--例1.2.11
--例1.2.12
--例1.2.13
--例1.2.14
-第2节 练习题--作业
-第3节 几个不等式
--不等式
--重要不等式
-第1节 数列极限的定义
--数列极限的定义
--例2.1.1
--例2.1.2
--例2.1.3
--例2.1.4
--例2.1.5
--例2.1.6
--例2.1.7
--子数列的极限
--例2.1.8
--例2.1.9
--数列极限的性质
--例2.1.10
--例2.1.11
-第2节 数列极限存在的充分条件
--四则运算法则
--例2.2.1
--例2.2.2
--例2.2.3
--夹挤准则
--单调有界定理
--重要极限
--例2.2.4
--例2.2.5
--例2.2.7
--例2.2.8
--例2.2.10
--例2.2.11
--例2.2.12
--无穷大量
--例2.2.13
-第2节 练习题--作业
-第3节 实数理论
--Video
--区间套定理
--定义总结
--例2.3.1
--例2.3.2
--例2.3.3
--例2.3.4
--例2.3.5
--例2.3.6
--例2.3.7
--例2.3.8
--例2.3.9
-第一次单元测试--作业
-第1节 函数极限的定义与性质
--例3.1.2
--例3.1.3
--例3.1.4
--例3.1.5
--例3.1.6
--例3.1.7
--海涅定理1
--海涅定理2
--例3.1.8
--例3.1.9
--例3.1.10
-第1节 练习题--作业
-第2节 复合函数的极限 Cauchy收敛准则 无穷小量与无穷大量
--复合函数的极限
--例3.2.1
--例3.2.2
--例3.2.3
--例3.2.4
--例3.2.5
--例3.2.6
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--无穷大量
--例3.2.8
--例3.2.9
--例3.2.10
-第2节 练习题--作业
-第二次单元测试--作业
-第1节 函数的连续性
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-第1节 练习题--作业
-第2节 闭区间连续函数的性质
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-第2节 练习题--作业
-第3节 函数的一致连续性
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-第3节 练习题--作业
-第三次单元测试--作业
-第1节 数项级数
--引言
--例1
--例2
--例3
--例4
--例5
--例6
--例7
--例8
--例9
--例10
--例11
--例12
--例13
--例14
-第1节 重积分(6月14日之前看完)
--例3.1.2
--例3.1.3
--例3.1.4
--例3.1.5
--例3.1.6
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-期末考试--结课考试