当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第二章 极限论 > 第六节 无穷小量及其(阶的)比较 > 无穷小量与无穷大量的概念与性质
接下来我们介绍一下
我们极限问题中
常见的两个特殊量
一个就是所谓的无穷小量
还有一个是无穷大量
实际上无论是无穷小量还是无穷大量
在前面我们介绍数列极限时
我们曾经给出过定义
现在我们把数列极限
那个地方的无穷小和无穷大
推广到函数极限中来
就是函数极限中的无穷小和无穷大
与数列极限中的无穷小和无穷大
它的区别是在数列部分
它的变化过程
或者叫极限过程
就是下标n趋向于无穷
而在函数部分
我们自变量的变化过程
除了就是说x可以趋向于正无穷之外
还有x趋向于负无穷
x趋向于无穷
以及x趋向于x0
或者是x大于x0趋向于x0
x小于x0趋向于x0
也就是说
这个时候讨论无穷小量和无穷大量
就是大家要注意
你是在哪一个极限过程下
来讨论这个概念就行了
所以说我们在这儿介绍无穷小与无穷大
就要记着
我们数列极限部分的无穷小 无穷大
指的是什么
我们在这儿先说一下无穷小
以及无穷小的比较
我们先介绍一下
无穷小与无穷大的概念
第一个我们先看看
所谓的无穷小它的定义是什么
定义是这样说的
当然我假设f(x)在某一点附近有定义
若x趋向于x0时
f(x)的极限存在且等于0
我们就说也就是这个时候
就说f(x)是x趋向于x0时的无穷小量
简称为无穷小
在这个地方我们就强调一下
你谈一个无穷小量
首先它指的是一个变量
因为指的是一个函数
其次要谈一个函数是不是无穷小量
一定要注意
强调一下在哪一个极限过程下
因为同一个函数
如果我们考虑的极限过程不同的时候
那么它的变换情况是不一样的
譬如说f(x)等于(x-1)分之一
那如果我们考虑的极限过程是x趋向于无穷
它极限自然是0
这时候你就说
这个函数是x趋向于无穷时的一个无穷小量
这是没问题的
但是如果我们考虑的极限过程
说如果x是趋向于1的
大家知道
这个函数不仅不是无穷小量
而且在这个极限过程下
它反而是我们下面要讨论的无穷大量
所以说无穷小量一定要指清楚
在哪一个极限过程下
它是个无穷小量
那接下来就是所谓的无穷大
无穷大就是说我们假设
f(x)还是在x0附近有定义
如果用严格的不等式语言
我来表述的时候
也就是说若任给m大于0
我总能找到一个δ大于0
就是当x到x0的距离
小于δ大于0时
我就有f(x)的绝对值大于M
也就是说你随便给我一个正数M
我总能找到x0的一个小邻域
在这个邻域中
除了x0那点之外
其它所有点的函数值的绝对值都比M来得大
如果是这样子
我们就说 f(x)是x趋向于x0时的无穷大量
简称为无穷大
记号就是记作x趋向于x0f(x)等于∞
这个跟数列极限我们说的无穷大量情形是类似的
也就是说这个等号成立
并不是说它的极限存在是无穷大
而恰恰是说了
这个时候这个函数的极限不存在
但是它的变化趋势
是某一种确定的变化趋势
也就是前面我们介绍的这种变化趋势
类似地那什么叫正无穷大
大家可以回忆一下
我们数列极限部分说
一个数列是个正无穷大量
指的是什么
然后什么叫负无穷大
关于无穷大量
跟无穷小量一样
它指的当然也是一个变量
谈一个变量是不是无穷大量
同时也一定要强调一下
是在什么过程下
它是还是不是无穷大量
譬如说我们刚才说的这个函数
在x趋向于无穷的极限过程下
它极限是0
所以它是无穷小量
如果我们考虑的极限过程是x趋向于1
或者是x趋向于1+
或者是x趋向于1-
这个时候这个函数
它都应该是无穷大量
如果我们进一步细分的时候
说x大于1趋向于1
它应该就是个正无穷大量
而x小于1趋向于1
它应该是个负无穷大量
如果单独地说
x趋向于1那它应该就说
是个无穷大量
我想这是关于无穷大的概念
接下来我们来看一下
就是有了无穷大和无穷小之后
那么无穷小与无穷大的关系是什么
无穷小与无穷大的关系
实际上我们在前面介绍数列极限的时候
我们曾经介绍过一个简单的例题
就是说介绍了非0无穷小量的倒数是无穷大
那现在我们写成一个结论
是这样说的就是说
若x趋向于x0f(x)等于无穷
也就是说 f(x)是x趋向于x0
这个极限过程下的无穷大
则x趋向于x0f(x)分之一等于0
这个结论就是说
在同一个极限过程下
无穷大量的倒数是无穷小量
一定要强调是同一个极限过程下
类似地x趋向于x0f(x)等于0
且f(x)不等于0
则x趋向于x0f(x)分之一等于∞
这个也就是我们说的
在同一个极限过程下
非0无穷小量的倒数是无穷大量
这就是无穷小和无穷大的关系
这个定理
请大家自己用无穷小量和无穷大量的定义
给出一个严格的证明
因为类似的证明
在前面我们一些具体的例题里面
我们已经多次做了练习
所以说在这儿
这个证明我们就不再一起讨论了
这是关于无穷小和无穷大的关系
接下来我们来看一下
无穷小它的运算
譬如说无穷小量
大家知道
是在一个极限过程下
极限为0的这么一个函数
那么根据我们前面介绍过的极限的四则运算
请大家想一想
两个无穷小量
它加起来之后
是不是应该还是无穷小量
两个无穷小量它的乘积
是不是无穷小量
所以说 无穷小量
实际是有所谓的加法运算和乘法运算的
当然在这个地方
我们也可以问一个问题
两个无穷小量有没有除法运算
实际上也就是说
如果在同一个极限过程下
我们有两个无穷小量
那我们问他俩的商
在这个极限过程下
变化趋势是什么
实际上大家不难想到一些具体的例子
说 无穷小量除上无穷小量
它有可能还是无穷小量
也有可能它极限存在
是一个不等于0的数
当然也有可能极限不存在
是一个无穷大量
或者说还有可能极限既不存在
也不是无穷大的情况
这一些在我们讨论具体的问题时
大家都不难碰到类似的问题
所以说无穷小量有加法
有乘法运算
但是一般意义下
它是没有除法运算的
在这个地方
我们谈无穷小的运算
除了知道它的加法和乘法运算的结果之外
我们主要介绍一下
无穷小量与有界变量的乘积
仍是无穷小量
要说一下这个结论
这个结论也就是说
如果我一个表达式
可以看成两个因子的乘积
在一个极限过程下
其中一个因子极限是0
而另外一个因子
在极限点附近时有界的时候
那么我们就知道
这个乘积的极限仍然是0
实际上作一个简单的证明
也就说假设f(x)在x趋向于0时极限是0
我假设g(x)在x0附近是有界的
那么它的乘积在x0附近
一定是可以写成g(x)
就是说这个地方我们给它放大到它的界
放大到界的时候就是
先写成这个绝对值的乘积
然后这个我们给它放大到它的界
小于等于M乘上f(x)绝对值
然后刚才我们说过
这个极限是0
这是一个常数
所以说在x趋向于0时
这个乘积是0
那根据夹逼定理
这个乘积的绝对值就是0
当然也就是说
原来这个函数
它本身就是趋向于0的
所以说关于有界变量与无穷小量乘积
仍然是无穷小量这个结论
结论本身并不难证明
但是在我们讨论一些极限问题时
我们经常会碰到一些这样的情况
譬如说x乘上sin(x分之一)
我考虑的是x趋向于0
那这就是一个无穷小量与一个有界变量的乘积
你当然知道它的极限是0
你的根据是什么
你当然就可以这样说了
因为x在这个极限过程下极限是0
而sin(x分之一)
它是个有界函数
所以它的乘积 极限是0
根据的就是这个定理
我想 这是关于 就是说我们极限运算里面
要介绍的这个内容
接下来关于无穷小量
我们还有一个常用的结果
就是极限与无穷小的关系
极限与无穷小的关系说的是这个结论
也就是在x趋向于x0时
f(x)极限等于A
它的充分必要条件是
f(x)可以表示成A加上一个函数α(x)
其中这个α(x)满足
x趋向于x0时极限是0
这一个平时我们就说
在一个极限过程下
函数极限是A
它等价于f(x)在这一点附近
可以表示成A加上一个无穷小量的形式
就是这一个结论的证明并不困难
但是这两种形式的等价转化
对我们处理一些极限问题
应该是提供了很大的方便
原因是这个等式里面
带有极限符号
而极限是一个无穷运算
所以说它的有关运算律
我们并不是太清楚
但是如果大家写成这个东西的时候
这就是一般的加法运算
而加法运算的所有运算律
我相信大家是非常清楚的
所以说如果在一个问题里面
它给的是极限条件
我们可以给它利用这个关系
转化成一般的加法运算这样的条件
那我们简单地证明一下这个结论
这个结论就是说
先证容易表述的这个方向
也就是要证一下这个条件的充分性
这个条件的充分性是显然的
原因是因为A的极限是A
α的极限是0
利用极限的加法运算
所以说A+α的极限
应该就等于A加上0
也就是f(x)的极限是A
所以说这个证明
就是应该是利用极限的加法运算是显然的
接下来我们来看一下
这个方向的证明
也就是说这个条件的必要性
我们的条件是知道它的极限是A
那请大家看一下
我就记或者是令f(x)
应该是等于A加上f(x)减掉A
然后我们记的 不是说这个等号
而是说把这一个中括号记成α(x)
我这样记成α(x)之后
就是因为我们的条件是
x趋向于x0时
f(x)极限是A
所以大家看一下
我这个α(x)在x趋向于x0时的极限是什么
也就是这个中括号的极限是什么
利用极限的减法运算
当然就是f的极限减掉A
也就是A减掉A
所以说这个极限就应该等于0
实际上写到这儿
我们这个定理已经证完了
也就是说我利用构造性的方法
确确实实在f(x)的极限是A的前提下
我能够把f(x)表示成这个极限值
加上一个无穷小量的形式
我想这是关于函数极限部分
有关无穷小和无穷大量
它的基本概念
简单运算
相互关系
以及极限与无穷小的关系
我们介绍的有关内容
就是说这些在我们处理极限问题时
应该都是一些基本的结论
希望大家能够把这些结论掌握好
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
-第四节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
--第二换元法
-第二节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习