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 > 二重极限的定义
下面我们来介绍一下
多元函数的极限问题
我们在一元函数里面介绍极限时
我们知道 它强调的主要是
当自变量x越来越靠近某个点时
它对应的函数值是不是可以
越来越接近一个固定的常数
而且可以充分接近
那么对多元函数来说
我们也有这样的问题
那我们还是以二元函数为例
也就是对二元函数来说
所谓我们考虑它的极限问题
在几何上主要就是看这个东西
也就是我在平面上有一个固定的点P0
我就问当点P趋向于P0时
它对应的函数值f P是不是
越来越趋向于一个固定的值A
在这个地方 我们首先要搞清楚
什么叫点P越来越趋向于这个P0
我们是用P与P0这两点的距离趋向于零
来刻画这个过程
也就是刻画P趋向P0的过程
那当然 它对应的函数值
越来越接近一个常数A
自然用的是这个函数值与A这两个数
差的绝对值趋向于零来刻画的
我们就说与一元函数的极限定义一样
我们先给出它的极限定义
定义 设f x y在平面上的一个点集D上有定义
P0坐标用x0 y0表示
是这个点集D的一个聚点 A是一个确定的常数
如果对任意的ε大于零
我总能找到一个大于零的实数δ
当这个点P属于D而且
点P到P0的距离小于δ大于零时
我总有 函数在P这点的值与A
这个数的差的绝对值小于ε成立
或者说 也就是f x y减A的绝对值小于ε成立
我们就称这个二元函数f x y
在P趋向于P0时的极限为A
我们记作limit P趋向P0时 f P的极限是A
或者我们表示成limit x y这个点
趋向于x0 y0这个点时 f x y的极限是A
或者记作limit x趋向x0 y趋向y0时
函数f x y的极限是A
直观地说 也就是在平面上
当这个点越来越靠近一个指定点时
它对应的函数值是可以
越来越靠近一个固定的常数
而且可以充分靠近 这时候
我们就把这个常数称为
这个函数在这点的极限值
对二元函数来说 我们这个极限
有时候也称为是它的二重极限
所以说 说二元函数在一点的极限
或者说 二元函数在一点的二重极限
指的就是这个定义里面给出来的这个常数A
在这个定义里面 请大家特别要关注
第一个 就是说什么样的点
可以考虑函数的极限
应该是 函数定义域的聚点
也就是在定义里面
我们强调的这个P0是这个D的聚点
这是需要说的第一点
第二点 在这个定义里面
我们用到了所谓的点P趋向于P0
那什么叫点P趋向于P0
我们用的是P与P0的距离是趋向于零
来刻画的这个极限过程
那在这里面 距离趋向于零
它当然可以有不同的这个方式
来满足这个距离趋向零
譬如说 我如果沿着直线路径
这自然是一种方式
我如果沿着是曲线路径
这自然还是一种方式
那么在这个定义里面 我们强调的是
无论你什么方式过来
它都应该是越来越接近一个固定的常数
实际上 作为二元函数来说
它的二重极限 从定义上讲
跟一元函数的极限没有任何区别
它的区别就是说 在一元函数里面
因为点都是在坐标轴上
那么这个点趋向一个固定点的方式
我是可以数得出来的
就是距离趋向零 或者是从左边距离趋向零
或者是从右边趋向零
所以一般一元函数在一点的极限
我们就有三种刻画方式
极限 左极限 和右极限
而对于二元函数来说 它在一点的极限
我们名义上只有一种 就是P趋向于P0
但实际上从趋向方式上来讲
它涵盖了所有的路径
所以这是请大家需要注意的
譬如说我们为了说明这个东西
我们可以举个例子 看一个简单的函数
f x y然后它就等于x乘y
底下是x方加上y方
对这个函数 我们假设来考虑
就是x y这个点趋向于原点的时候
我们问它的极限有没有
它的极限有没有也就是看这个东西
x趋向于零 y趋向于零
x y除上x方加y方
如果我们选取 这个点是沿着
经过原点的射线趋向于原点的时候
那应该就是说 我如果把y与x的关系
限定在这个范围里面
其中让x趋向于零的时候
这个地方就变成了k倍的x方
底下就是1加k方x方
这个最后就趋向于k除上1加k方
我想有了这个结论大家就知道
x y这个点 如果它沿着直线往原点跑
那么在不同的直线上
它是趋向于不同的值的
它自然就不满足 说P趋向P0时
它趋向一个固定的常数
所以它是没有极限的
譬如说我们再看这个例子
也就是 我们考虑函数f x y等于
x方加y方除上x方加y
那么对这个函数来说
如果我们还像上面这个函数这样
我只考虑x y这个点沿着直线趋向于原点
也就是我考虑这个极限 让x趋向于零
同时y是等于k倍x的
那么 它就变成了这个样子
x方加y方除上x方加y 那么就等于
这是x趋向于零 然后是一个y等于k倍的x
这个时候上面就是1加上k方x方
底下是个x方加上x
因为它x是趋向于零的所以说
我们上面 上下同时除x
分母的极限就是一 分子的极限就是零
也就是说这个时候 沿着直线趋向于原点时
它都趋向于零 那么有了这个结论之后
我们能不能就说
这个函数在原点的极限 它就是零
实际上 按照这个定义 我们知道
这样下结论还有点为时过早
为什么 譬如说我们如果取
y就等于什么 就等于负的x方
譬如我加上一个三次方 加上一个三次方
这个 这应该是经过原点的一条曲线
但是如果这个点
沿着这条曲线往原点跑的时候
那我们这个函数就变成了这个样子
就是上面是x方加上y方
也就是负x方加上x的三次方再做平方
底下这个地方 加的时候是x方加y
x方和负x方消掉 就是x三次方
那这样大家看一下
上面这个分子 出来应该就是一个
最低次数是二次的这么一个多项式
而下面这是一个三次的
那我们x是趋向于零的
我们上下如果同除x平方 分子是趋向1的
那么分母是趋向零的
也就是说 这个时候 我这个表达式
在x趋向于零时它应该是一个无穷大量
也就是说 我尽管也保证了x y这个点
它是到原点的距离趋向于零
但因为它沿着这条路径的时候
它是趋向于无穷大量
这样我们就知道 这个函数
它在原点 它的二重极限 实际是不存在的
实际有时候 我们经常问一个函数在一点
它的二重极限存在不存在
实际上也就是问
它是不是沿着所有的路径 趋向于这个点时
它的函数值都趋向于一个固定的值
我想这是在定义里面 我们这一个趋向方式
确定的 它应该涵盖着所有的路径
然后在一元函数时
我们曾经给出了 在一个极限过程下
一个函数是无穷小 或者是无穷大的概念
在多元函数 我们照样借用这个名词
譬如说一个二元函数
什么叫无穷小量 什么叫无穷大量
那我们可以给出一个简单的定义
这个定义是这样子的
我们假设函数f x y在平面点集D上有定义
P0是D的一个聚点 如果函数f x y
在P0这点的极限存在而且等于零
则称f x y在P0处 或者说在P趋向于P0时
是一个无穷小量 简称为无穷小
如果一个函数 它的倒数在P0处是无穷小量
那么我们就说这个函数本身
在P0处是无穷大量 简称为无穷大
实际上在多元函数里面
无穷小和无穷大的概念
与一元函数那个无穷小
与无穷大的定义是一样的
只是说 我这时候的极限过程
谈的应该是 二元函数就是平面上的点
趋向于一个固定点
而三元函数 谈的自然是空间中的点
趋向于一个固定点时
它的极限是不是零 如果是 那就是无穷小
如果它倒数的极限是零
那它本身就是无穷大量
在一元函数里面 我们谈自变量的极限过程
除了趋向于一个确定点的情况
还有x趋向无穷的情况
在二元函数我们也有这种情况
也就是说 我们什么叫
x y这个点趋向于无穷 也就是趋向于无穷
那我们一般是这样来刻画的
也就是说 我们让
x趋向于无穷 y趋向于无穷
就是这个东西 实际上它
这个极限过程 指的是这个点
也就是x y这个点 它们到原点的距离
应该是趋向于正无穷
那要是从 这个定义来讲的时候
我怎么样来严格地表述这个定义
我们设函数f x y在整张平面上有定义
A是一个常数 如果对任意的ε大于零
我总存在一个大于零的实数
当点x y到原点的距离大于N时
我们f x y减A的绝对值小于ε
那么我们就说函数f x y
在点趋向无穷时的极限是A
我们记作limit x趋向无穷 y趋向无穷时
函数f x y的极限等于A
-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
-第二节 多元函数的偏导数
--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题