高数(上) 第一章:函数、极限、连续
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文章目录
- 一、函数
- 1.函数的概念、基本初等函数
- 2.函数的性质 /函数四性态
- 1.单调性
- 2.奇偶性
- (3)导函数的奇偶性
- 3.周期性
- 4.有界性
- 5.对称性
- 3.基本不等式
- 4.开根要带绝对值
- 二、极限
- 1.极限的概念
- ①数列极限
- ②函数极限
- 需要区分左右极限的三种问题 (左右极限有区别,需要分)
- 2.极限的性质
- ①有界性
- ②保号性
- ③极限值与无穷小的关系
- 3.极限的存在准则
- ①单调有界准则
- ②夹逼定理
- 4.无穷小量
- (1)无穷小量阶的比较
- 5.无穷大量
- (1)无穷大比阶
- (2)无界函数 vs 无穷大量
- 6.求极限(求极限的方法)
- 1.利用有理运算法则求极限
- 2.基本极限求极限 (两个重要极限)
- 3.利用等价无穷小代换求极限
- (1)代换原则:乘除关系、加减关系
- (2)常见等价无穷小
- (3)变上限积分的等价代换
- 4.利用洛必达法则求极限
- 5.利用泰勒公式求极限
- 6.利用夹逼准则求极限
- 7.定积分定义求极限
- 8.利用单调有界准则求极限
- 7.求函数极限的7种未定式
- 三、连续
- 1.连续性的概念
- 2.间断点
- (1)间断点的定义
- (2)间断点的分类
- 3.连续性的运算与性质
- 4.闭区间上连续函数的性质
- 1.有界性与最大最小值定理
- 2.介值定理
- 3.零点定理
- 5.总结
- (1)连续与可导
- (2) 连续与极限
- (3) 极限需要注意的问题:求极限,能否直接代入的问题
- (4) 方程根的存在性及个数
一、函数
1.函数的概念、基本初等函数
1.函数
是否是同一个函数:看定义域和对应法则f,是否相同。与字母(记号)无关。
2.复合函数
3.反函数:若g(x)是f(x)的反函数,则:
① g ( f ( x ) ) = x g(f(x))=x g(f(x))=x
② g ′ ( x ) = 1 f ( x ) , g ′ ′ ( x ) = − f ′ ′ ( x ) [ f ′ ( x ) ] 3 g'(x)=\dfrac{1}{f(x)},g''(x)=-\dfrac{f''(x)}{[f'^(x)]^3} g′(x)=f(x)1,g′′(x)=−[f′(x)]3f′′(x)
①定义:【f是定义域到值域的一一映射】对于每一个y,都有唯一的x与之对应。则有反函数。
②如何求反函数:①反解 y=f(x) ->x=g(y) ②x与y调换,写成y=g(x)。则f与g互为反函数
4.基本初等函数
①幂: x a x^a xa
②指: y = a x y=a^x y=ax (a>0,a≠1)
③对: y = l o g a x y=log_ax y=logax (a>0,a≠1)
④三角:sinx cosx tanx
⑤反三角函数:arcsinx arccosx arctanx
arcsin x + arccos x = π 2 \arcsin x+\arccos x=\dfrac{π}{2} arcsinx+arccosx=2π
Ⅰ.arcsinx,定义域 [ − 1 , 1 ] [-1,1] [−1,1],值域 [ − π 2 -\dfrac{π}{2} −2π, π 2 \dfrac{π}{2} 2π]
arcsin 1 2 = π 6 \arcsin \dfrac{1}{2}=\dfrac{π}{6} arcsin21=6π
θ ∈ ( 0 , π 2 ) , a r c s i n ( s i n θ ) = θ θ∈(0,\dfrac{π}{2}),arcsin(sinθ)=θ θ∈(0,2π),arcsin(sinθ)=θ
θ ∈ ( π 2 , π ) , a r c s i n ( s i n θ ) = π − θ θ∈(\dfrac{π}{2},π),arcsin(sinθ)=π-θ θ∈(2π,π),arcsin(sinθ)=π−θ
Ⅱ.arccosx,定义域[-1,1],值域 [- π 2 \frac{π}{2} 2π, π 2 \frac{π}{2} 2π]
初等函数:
由五类基本初等函数经过有限次的 加减乘除和复合 运算后,且能用一个解析式表示的函数,称为初等函数。
2.函数的性质 /函数四性态
单调性、奇偶性、周期性、有界性 +对称

1.单调性
(1) f ( x ) 单增⇦⇨ f ′ ( x ) ≥ 0 f(x)单增 ⇦⇨ f'(x)≥0 f(x)单增⇦⇨f′(x)≥0
(2)f每多一个负号,单调性发生变化:f(x)单增,则f(-x)单减,-f(-x)单增
例题1:武钟祥老师每日一题 24.Day62 单调性
答案:D
2.奇偶性
(1)奇函数:
①定义: f ( − x ) = − f ( x ) f(-x)=-f(x) f(−x)=−f(x)
②性质:i.奇函数关于原点对称 ii.若奇函数在x=0处有定义,则f(0)=0
(2)偶函数
①定义: f ( − x ) = f ( x ) f(-x)=f(x) f(−x)=f(x)
②性质:
Ⅰ.偶函数关于y轴对称
Ⅱ. f ( x ) + f ( − x ) f(x)+f(-x) f(x)+f(−x)为偶函数
(3)导函数的奇偶性
F(x)为f(x)的原函数:
①F(x)为奇函数 ⇨ f(x)为偶函数
②F(x)为偶函数 ⇦⇨ f(x)为奇函数
(4) f ( ∣ x ∣ ) 与 ∣ f ( x ) ∣ f(|x|)与|f(x)| f(∣x∣)与∣f(x)∣:
① f ( ∣ x ∣ ) f(|x|) f(∣x∣)是关于x的偶函数,左右对称
② ∣ f ( x ) ∣ = ∣ y ∣ |f(x)|=|y| ∣f(x)∣=∣y∣是关于y的偶函数,上下对称
例题1:22年数三 周期性、奇偶性
分析:
①f(x+2π)=f(x) ∴f(x)为T=2π的周期函数 ∴f’‘’(x)也为T=2π的周期函数 ∴f’‘’(2π)=f’‘’(0)
②f(x)=g(x)+g(-x)为偶函数,则偶函数在0点的奇次阶导数为0
答案:0
例题2:07年3. f ( x ) f(x) f(x)为奇函数,则 F ( x ) F(x) F(x)为偶函数
答案:C
例题3:19年12. ∣ y ∣ |y| ∣y∣是关于y的偶函数
分析:
答案: 32 3 \dfrac{32}{3} 332
3.周期性
1.定义: f ( x + T ) = f ( x ) f(x+T)=f(x) f(x+T)=f(x),则f(x)为周期函数
2.性质:
①设f(x)连续且以T为周期,则 F ( x ) = ∫ 0 x f ( t ) d t F(x)=\int_0^xf(t)dt F(x)=∫0xf(t)dt 是以T为周期的周期函数 ⇦⇨ ∫ 0 T f ( x ) d x = 0 \int_0^Tf(x)dx=0 ∫0Tf(x)dx=0
②周期函数的原函数是周期函数 ⇦⇨(充要条件) 其在一个周期上的积分为零
③若F(x)是以T为周期的可导函数,则 F ′ ( x ) = f ( x ) F'(x)=f(x) F′(x)=f(x)仍是以T为周期的周期函数
④设f(x)是以T为周期的连续函数,则 ∫ a a + T f ( x ) d x = ∫ 0 T f ( x ) d x = ∫ − T 2 T 2 f ( x ) d x \int_a^{a+T}f(x)dx=\int_0^Tf(x)dx=\int_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}}f(x)dx ∫aa+Tf(x)dx=∫0Tf(x)dx=∫−2T2Tf(x)dx , ∫ 0 n T f ( x ) d x = n ∫ 0 T f ( x ) d x \int_0^{nT}f(x)dx=n\int_0^Tf(x)dx ∫0nTf(x)dx=n∫0Tf(x)dx
例题1:660 T212
例题2:18年18(2)
4.有界性
1.有界性的定义:
有界,既有上界,又有下界
2.有界性的判定:
5.对称性
1.对称区间上,奇函数积分为0,偶函数积分为正半区间的2倍
2.① f ( x ) f(x) f(x)与 f ( − x ) f(-x) f(−x)关于 y 轴对称 y轴对称 y轴对称
② f ( x ) f(x) f(x)与 − f ( x ) -f(x) −f(x)关于 x 轴对称 x轴对称 x轴对称
3. f ( x + a ) f(x+a) f(x+a)与 f ( x − a ) f(x-a) f(x−a)关于 x = a x=a x=a对称
4. f ( ∣ x − a ∣ ) f(|x-a|) f(∣x−a∣)关于x=a对称
例题1:注意函数的对称性。2023年19.曲面积分就是对称性。
3.基本不等式
① 2 a b ≤ a 2 + b 2 2ab≤a^2+b^2 2ab≤a2+b2
② sin x < x < tan x , x ∈ ( 0 , π 2 ) \sin x<x<\tan x,x∈(0,\dfrac{π}{2}) sinx<x<tanx,x∈(0,2π)
③ x 1 + x < ln ( 1 + x ) < x , x ∈ ( 0 , + ∞ ) \dfrac{x}{1+x}<\ln(1+x)<x,x∈(0,+∞) 1+xx<ln(1+x)<x,x∈(0,+∞) ⇨ 1 n + 1 < ln ( 1 + 1 n ) < 1 n \dfrac{1}{n+1}<\ln(1+\dfrac{1}{n})<\dfrac{1}{n} n+11<ln(1+n1)<n1
④ 1 + x ≤ e x 1+x≤e^x 1+x≤ex
4.开根要带绝对值
a 2 = ∣ a ∣ \sqrt{a^2}=|a| a2=∣a∣
二、极限
1.考试内容概要
①极限的概念
②极限的性质
③极限存在准则
④无穷小
⑤无穷大
1.极限的概念
①数列极限
①数学语言定义(ε-N语言)
②几何意义
数轴,只有有限项落在区间外面,当n>N时所有点都落在开区间(a-ε,a+ε)内
i.变式
若极限为a
ii.收敛数列必有界。
单调有界 -> 收敛/有极限 -> 有界
④数列极限和部分列极限 的关系:数列极限存在且为a,则所有部分列极限也存在且为a
例题1:19年18. 数列极限:定积分的保号性、三角换元(有根式)、夹逼定理
答案:
例题2:08年4. 数列极限、举反例
分析:
f(x)单调 + {xn}单调 = {f(xn)}单调
f(x)单调 + f{xn}单调 = {xn}单调
对于CD,举个反例:f(x)=arctanx单调有界,{xn}=n(n=1,2,3,…),则 { f ( x n ) } = arctan n \{f(x_n)\}=\arctan n {f(xn)}=arctann,收敛于 π 2 \dfrac{π}{2} 2π,而 lim n → ∞ { x n } = lim n → ∞ n = ∞ \lim\limits_{n→∞}\{x_n\}=\lim\limits_{n→∞}n=∞ n→∞lim{xn}=n→∞limn=∞,{xn}发散
答案:B
②函数极限
函数是f(x),数列 a n = f ( n ) a_n=f(n) an=f(n),n只能取正整数。因此,函数极限是一般,数列极限的特殊。一般可以推出特殊,反之不可。
n→∞:n→+∞
x→∞:|x|→+∞
(1)自变量趋向于有限值的极限
左极限和右极限
(2)自变量趋向于无穷大的极限
定理:函数f(x)存在极限,当且仅当左右极限都存在且相等
需要区分左右极限的三种问题 (左右极限有区别,需要分)
①分段函数在分段点的极限
② e ∞ e^∞ e∞ :分正负无穷, e + ∞ = ∞ , e − ∞ = 0 e^{+∞}=∞,e^{-∞}=0 e+∞=∞,e−∞=0
③arctan∞:分正负无穷, a r c t a n + ∞ = π 2 , a r c t a n − ∞ = − π 2 arctan+∞=\dfrac{π}{2},arctan-∞=-\dfrac{π}{2} arctan+∞=2π,arctan−∞=−2π
2.极限的性质
①有界性
收敛必有界
1.数列
由极限的有界性知,∃M>0,使得 ∣ x n ∣ ≤ M |x_n|≤M ∣xn∣≤M
证明:数轴上,n>N后落在a的邻域内,有界。之前的有限项,因为数量有限,所以界一定存在。综上,数列收敛,则一定有界。
2.函数
f ( x ) = { 0 , x < 0 1 , x ≥ 0 f(x) = \begin{cases} 0, & x<0 \\ 1, & x\geq 0\end{cases} f(x)={0,1,x<0x≥0
②保号性
如果 lim x → x 0 f ( x ) = A \lim\limits_{x→x_0}f(x)=A x→x0limf(x)=A,
(1)若 A > 0 A>0 A>0,是 ⇨ ∃ δ > 0 \existδ>0 ∃δ>0,当 0 < ∣ x − x 0 ∣ < δ 0<|x-x_0|<δ 0<∣x−x0∣<δ 时, f ( x ) > 0 f(x)>0 f(x)>0(同理 A < 0 A<0 A<0 时,有 f ( x ) < 0 f(x)<0 f(x)<0)
(2)若 ∃ δ > 0 \existδ>0 ∃δ>0,当 0 < ∣ x − x 0 ∣ < δ 0<|x-x_0|<δ 0<∣x−x0∣<δ 时, f ( x ) ≥ 0 f(x)≥0 f(x)≥0 ⇨ A ≥ 0 A≥0 A≥0
例题1:武忠祥老师每日一题 24.Day64 保号性、极值
分析:
答案:D
例题2:武忠祥老师每日一题 24.Day65 保号性、极值
分析:
答案:B
③极限值与无穷小的关系
3.极限的存在准则
①单调有界准则
单调有界准则:单调有界,必有极限(数列收敛)
①单调增、有上界 ②单调减、有下界
递推关系: a n + 1 = f ( a n ) a_{n+1}=f(a_n) an+1=f(an),用单调有界准则
喻老三:考研中证明极限存在,至今为止,每次都考 单调有界准则
收敛和有极限是等价的意思。不过一般只有 数列和级数 才说收敛。
例题1:18年19. 单调有界准则证明数列极限存在
答案:
例题2:06年16.
例题3:08年4.
②夹逼定理
A<x<B,若A、B的极限都是a,则x的极限也为a
n项和:用夹逼定理
若题目中出现了形如 A<x≤B 的不等式,留意下是否可以通过变形后夹逼。
例题1:16年4. 连续的定义、可导的定义、夹逼定理
分析:从题目已知,通过变形得到题目所求的夹逼。看到有不等式,可以留意一下是否 变形后能夹逼。
答案:D
例题2:19年18.
4.无穷小量
1.无穷小量的概念
2.无穷小量的比较
3.无穷小量的性质
(1)无穷小量阶的比较
同阶无穷小 ⇦⇨ 阶数相同 ⇦⇨ 相除,趋于0时的极限=k(k为非零的任意常数)
等价无穷小 ⇦⇨ 阶数相同,系数也相同 ⇦⇨ 相除,趋于0时的极限=1
结论: ∫ 0 φ ( x ) f ( x ) d x \int_0^{φ(x)}f(x)dx ∫0φ(x)f(x)dx的阶数为 n(m+1)阶。其中φ(x)是n阶,f(x)是m阶
例题1:07年1. 等价无穷小 ⇦⇨ 阶数相同,系数也相同 ⇦⇨ 相除,趋于0时的极限=1
分析:
A.同阶,但不等价。
B: lim x → 0 + ln 1 + x 1 − x x = lim x → 0 + ln ( 1 + x + x 1 − x ) x = lim x → 0 + x + x 1 − x x = lim x → 0 + 1 + x 1 − x = 1 \lim\limits_{x→0^+}\dfrac{\ln\dfrac{1+x}{1-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}=\lim\limits_{x→0^+}\dfrac{\ln(1+\dfrac{x+\sqrt{x}}{1-\sqrt{x}})}{\sqrt{x}}=\lim\limits_{x→0^+}\dfrac{\dfrac{x+\sqrt{x}}{1-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}=\lim\limits_{x→0^+}\dfrac{1+\sqrt{x}}{1-\sqrt{x}}=1 x→0+limxln1−x1+x=x→0+limxln(1+1−xx+x)=x→0+limx1−xx+x=x→0+lim1−x1+x=1
C: 1 + x − 1 ∼ x 2 \sqrt{1+\sqrt{x}}-1\sim \dfrac{\sqrt{x}}{2} 1+x−1∼2x
D. ∼ 1 2 x \sim \dfrac{1}{2}x ∼21x
答案:B
例题2:20年1.
分析:
A: ∫ 0 x ( e t 2 − 1 ) d t ∼ \int_0^x(e^{t^2}-1){\rm d}t\sim ∫0x(et2−1)dt∼ ∫ 0 x t 2 d t \int_0^xt^2{\rm d}t ∫0xt2dt,n(m+1)=1×(2+1)=3
B: ∫ 0 x l n \int_0^x\rm ln ∫0xln ( 1 + t 3 ) d t ∼ ∫ 0 x t 3 d t = ∫ 0 x t 3 2 d t (1+\sqrt{t^3}){\rm d}t\sim\int_0^x\sqrt{t^3}{\rm d}t=\int_0^xt^{\frac{3}{2}}{\rm d}t (1+t3)dt∼∫0xt3dt=∫0xt23dt,n(m+1)=1×( 3 2 {\frac{3}{2}} 23+1)= 5 2 {\frac{5}{2}} 25
C: ∫ 0 s i n x sin t 2 d t ∼ ∫ 0 s i n x t 2 d t \int_0^{sinx}\sin t^2{\rm d}t\sim \int_0^{sinx}t^2dt ∫0sinxsint2dt∼∫0sinxt2dt,n(m+1)=1×(2+1)=3
D: ∫ 0 1 − c o s x s i n 3 t d t ∼ \int_0^{1-cosx}\rm \sqrt{sin^3t}dt\sim ∫01−cosxsin3tdt∼ ∫ 0 1 2 x 2 t 3 2 d t \int_0^{\frac{1}{2}x^2}t^{\frac{3}{2}}dt ∫021x2t23dt,n(m+1)=2×( 3 2 \frac{3}{2} 23+1)=5
答案:D
例题3:
答案:
解法1:加1减1、等价无穷小替换
解法2:拉格朗日中值定理
解法3:有理化
例题4:
答案:幂指函数化eln形式,用等价无穷小代换
5.无穷大量
(1)无穷大比阶
x x > > x ! > > a x > > x a > > ln k x x^x>>x!>>a^x>>x^a>>\ln^kx xx>>x!>>ax>>xa>>lnkx
幂指 >> 阶乘 >> 指数 >> 幂 >> 对数
1.无穷大量的概念:无穷大指的是 绝对值趋向于正无穷,无穷大要分正无穷大、负无穷大
2.无穷大量的比阶:幂指>阶乘>指>幂>对
3.无穷大量的性质
4.无穷大量和无界变量的关系
5.无穷大量和无穷小量的关系
一境之差,天差地别
(2)无界函数 vs 无穷大量
①无界:有一点处f(x₀)=∞
②无穷大:当x>x₀,恒有f(x)=∞
无穷大量⊇无界变量
无穷大量要求n>N后每一项都很大,要连续的无界。无界变量只要求存在有一点处无界。
例题1:唐游讲义 P30 例题14
分析:
遇到 sin 1 x \sin\dfrac{1}{x} sinx1,考虑 x = 1 n π x=\dfrac{1}{nπ} x=nπ1、 x = 1 2 n π x=\dfrac{1}{2nπ} x=2nπ1、 x = 1 2 n π + π 2 x=\dfrac{1}{2nπ+\dfrac{π}{2}} x=2nπ+2π1
答案:
5.无穷大量与无穷小量的关系:0也是无穷小。无穷小取倒数且非0,才是无穷大。1/0无意义。
例题2:06年16. (1)证明极限存在——单调有界准则:单调有界必有极限 (2)凑重要极限,求极限
分析:
(1)证明极限存在——单调有界准则:单调有界必有极限
(2)凑重要极限,求极限

答案: e − 1 6 e^{-\frac{1}{6}} e−61
6.求极限(求极限的方法)
求极限的方法:
①等价无穷小代换 、配合 加项减项
②洛必达法则 (L’Hôpital’s rule)
③拉格朗日中值定理:出现 同一函数 在两点函数值之差
④两个重要极限、几个基本极限
⑤有界量×无穷小=无穷小
⑥泰勒公式
⑦夹逼准则
⑧导数定义
⑨定积分定义、二重积分定义

1.利用有理运算法则求极限
(2)比的极限存在,分母趋向0,则分子趋向0
(2)比的极限存在且不为0,分子趋向0,则分母趋向0 【高数辅导讲义P14】
4)若 lim f ( x ) ⋅ g ( x ) \lim f(x)·g(x) limf(x)⋅g(x) 存在,且 lim f ( x ) = ∞ \lim f(x)=∞ limf(x)=∞,则 lim g ( x ) = 0 \lim g(x)=0 limg(x)=0
例题1:知道极限确定参数
思路:把左边极限存在的一项单独拿出来,因为运算后的极限存在,所以那些不存在的项加减后极限也必然存在
答案:
例题2:
答案:
例题3:
答案:有理运算法则常用结论3:极限商存在且非0,分子趋向于0,则分母也趋向于0
2.基本极限求极限 (两个重要极限)
(1)常用基本极限
lim x → 0 sin x x = 1 lim x → ∞ ( 1 + 1 x ) x = lim x → 0 ( 1 + x ) 1 x = e \lim\limits_{x→0}\dfrac{\sin x}{x}=1\\[2mm] \lim\limits_{x→∞}(1+\dfrac{1}{x})^x=\lim\limits_{x→0}(1+x)^\frac{1}{x}=e x→0limxsinx=1x→∞lim(1+x1)x=x→0lim(1+x)x1=e
(2)“1∞”型极限常用结论
①凑e
②改写洛必达
③三部曲

例题1:
答案:三部曲
例题2:11年15. 重要极限
答案:
3.利用等价无穷小代换求极限
(1)代换原则:乘除关系、加减关系
①乘除关系:随便换
②加减关系:要同阶,且减法不能为1,加法不能为-1
(2)常见等价无穷小
a x − 1 ∼ x ln a a^x-1 \sim x\ln a ax−1∼xlna
( 1 + x ) a − 1 ∼ a x (1+x)^a-1\sim ax (1+x)a−1∼ax, n 1 + x − 1 ∼ x n ^n\sqrt{1+x}-1 \sim \dfrac{x}{n} n1+x−1∼nx二阶 1 − c o s x ∼ 1 2 x 2 1-cosx \sim \dfrac{1}{2}x^2 1−cosx∼21x2, 1 − cos α x ∼ α 2 x 2 1-\cos^αx \sim \dfrac{α}{2}x^2 1−cosαx∼2αx2
x − ln ( 1 + x ) ∼ 1 2 x 2 x-\ln(1+x)\sim \dfrac{1}{2}x^2 x−ln(1+x)∼21x2 x→∞时: 1 x − ln ( 1 + 1 x ) ∼ 1 2 ⋅ 1 x 2 \dfrac{1}{x}-\ln(1+\dfrac{1}{x})\sim \dfrac{1}{2}·\dfrac{1}{x^2} x1−ln(1+x1)∼21⋅x21三阶 x − sin x ∼ 1 6 x 3 x-\sin x\sim \dfrac{1}{6}x^3 x−sinx∼61x3, tan x − x ∼ 1 3 x 3 \tan x-x \sim \dfrac{1}{3}x^3 tanx−x∼31x3
arcsin x − x ∼ 1 6 x 3 \arcsin x-x\sim \dfrac{1}{6}x^3 arcsinx−x∼61x3, x − arctan x ∼ 1 3 x 3 x-\arctan x \sim \dfrac{1}{3}x^3 x−arctanx∼31x3特殊x→0时, ( 1 + x ) α − 1 ∼ α x (1+x)^α-1\simαx (1+x)α−1∼αx
推广:幂指函数 α(x)→0,α(x)β(x)→0时, [ 1 + α ( x ) β ( x ) ] − 1 ∼ α ( x ) ⋅ β ( x ) [1+α(x)^{β(x)}]-1\sim α(x)·β(x) [1+α(x)β(x)]−1∼α(x)⋅β(x)
(3)变上限积分的等价代换
若f(x)和g(x)在x=0的某邻域内连续,则 lim x → 0 f ( x ) g ( x ) = 1 \lim\limits_{x→0}\dfrac{f(x)}{g(x)}=1 x→0limg(x)f(x)=1,则 ∫ 0 x f ( t ) d t ∼ ∫ 0 x g ( t ) d t \int_0^xf(t)dt\sim \int_0^xg(t)dt ∫0xf(t)dt∼∫0xg(t)dt
推广:若 lim x → 0 φ ( x ) = 0 \lim\limits_{x→0}φ(x)=0 x→0limφ(x)=0,则有 ∫ 0 φ ( x ) f ( t ) d t ∼ ∫ 0 φ ( x ) g ( t ) d t \int_0^{φ(x)}f(t)dt\sim \int_0^{φ(x)}g(t)dt ∫0φ(x)f(t)dt∼∫0φ(x)g(t)dt
例题1:660 T7 等价无穷小
分析:等价无穷小: 1 − cos α x ∼ α ( 1 − cos x ) 1-\cos^αx\sim α(1-\cos x) 1−cosαx∼α(1−cosx)
答案: 1 n ! \dfrac{1}{n!} n!1
例题2:660 T133 经典错误
分析:
答案:D
例题3:20年9. 求极限:洛必达、泰勒公式
分析:
先通分:原式= lim x → 0 [ l n ( 1 + x ) − ( e x − 1 ) ( e x − 1 ) [ l n ( 1 + x ) ] ] = lim x → 0 l n ( 1 + x ) − ( e x − 1 ) x 2 \lim\limits_{x→0}[\dfrac{ln(1+x)-(e^x-1)}{(e^x-1)[ln(1+x)]}]=\lim\limits_{x→0}\dfrac{ln(1+x)-(e^x-1)}{x^2} x→0lim[(ex−1)[ln(1+x)]ln(1+x)−(ex−1)]=x→0limx2ln(1+x)−(ex−1)
方法1:洛必达,一直洛
方法1.5:洛必达法则+提出分子中的分式(提出 1 1 + x \frac{1}{1+x} 1+x1)
lim x → 0 l n ( 1 + x ) − ( e x − 1 ) x 2 = lim x → 0 1 1 + x − e x 2 x \lim\limits_{x→0}\dfrac{ln(1+x)-(e^x-1)}{x^2}=\lim\limits_{x→0}\dfrac{\frac{1}{1+x}-e^x}{2x} x→0limx2ln(1+x)−(ex−1)=x→0lim2x1+x1−ex
(提出 1 1 + x \frac{1}{1+x} 1+x1) = 1 2 lim x → 0 1 1 + x ⋅ 1 − e x ( 1 + x ) x = 1 2 lim x → 0 1 − e x − x e x x = − 1 2 lim x → 0 e x ( x + 1 ) − 1 x = − 1 2 lim x → 0 [ e x ( x + 1 ) + e x ] = − 1 2 lim x → 0 e x ( x + 2 ) = − 1 =\dfrac{1}{2}\lim\limits_{x→0}\dfrac{1}{1+x}·\dfrac{1-e^x(1+x)}{x}=\dfrac{1}{2}\lim\limits_{x→0}\dfrac{1-e^x-xe^x}{x}=-\dfrac{1}{2}\lim\limits_{x→0}\dfrac{e^x(x+1)-1}{x}=-\dfrac{1}{2}\lim\limits_{x→0}[e^x(x+1)+e^x]=-\dfrac{1}{2}\lim\limits_{x→0}e^x(x+2)=-1 =21x→0lim1+x1⋅x1−ex(1+x)=21x→0limx1−ex−xex=−21x→0limxex(x+1)−1=−21x→0lim[ex(x+1)+ex]=−21x→0limex(x+2)=−1
方法2:泰勒公式
l n ( 1 + x ) = x − x 2 2 + o ( x 2 ) ln(1+x)=x-\dfrac{x^2}{2}+o(x^2) ln(1+x)=x−2x2+o(x2)
e x = 1 + x + x 2 2 ! + o ( x 2 ) e^x=1+x+\dfrac{x^2}{2!}+o(x^2) ex=1+x+2!x2+o(x2) ∴ e x − 1 = x + x 2 2 ! + o ( x 2 ) ∴e^x-1=x+\dfrac{x^2}{2!}+o(x^2) ∴ex−1=x+2!x2+o(x2)
lim x → 0 l n ( 1 + x ) − ( e x − 1 ) x 2 = lim x → 0 [ x − x 2 2 + o ( x 2 ) ] − [ x + x 2 2 ! + o ( x 2 ) ] x 2 = lim x → 0 − x 2 + o ( x 2 ) x 2 = − 1 \lim\limits_{x→0}\dfrac{ln(1+x)-(e^x-1)}{x^2}=\lim\limits_{x→0}\dfrac{[x-\frac{x^2}{2}+o(x^2)]-[x+\frac{x^2}{2!}+o(x^2)]}{x^2}=\lim\limits_{x→0}\dfrac{-x^2+o(x^2)}{x^2}=-1 x→0limx2ln(1+x)−(ex−1)=x→0limx2[x−2x2+o(x2)]−[x+2!x2+o(x2)]=x→0limx2−x2+o(x2)=−1
答案:-1
4.利用洛必达法则求极限
① ∞ 0 ∞^0 ∞0:化为 e ln e^{\ln} eln
② ∫ 1 1 + x 2 d x = ln ( x + 1 + x 2 ) + C \int\dfrac{1}{\sqrt{1+x^2}}dx=\ln(x+\sqrt{1+x^2})+C ∫1+x21dx=ln(x+1+x2)+C
③f(x)n阶可导:最多推出n-1阶导数连续、极限存在,可用n-1次洛必达。 f ( n ) ( x ) f^{(n)}(x) f(n)(x)要用导数定义
f(x)n阶导数连续:n阶导数连续、极限存在,可用n次洛必达直接求出 f ( n ) ( x ) f^{(n)}(x) f(n)(x)
例题1:抽象函数求极限,使用洛必达法则的原则
5.利用泰勒公式求极限
泰勒展开到几次:
①加减关系:同次幂系数相加减不为0
②乘除关系:上次同次幂
例题1:
答案:①泰勒 ②洛必达+加项减项 等价无穷小
例题2:一题多解
答案:①泰勒 ②各个击破(有界量×无穷小=0) ③(选择题)代入的方法
6.利用夹逼准则求极限
lim n → ∞ \lim\limits_{n→∞} n→∞lim n a 1 n + a 2 n + . . . + a m n = m a x { a 1 , a 2 , . . . , a m } ^n\sqrt{a_1^n+a_2^n+...+a_m^n}=max\{a_1,a_2,...,a_m\} na1n+a2n+...+amn=max{a1,a2,...,am}
例题1:
答案:右边已经知道极限是3,左边大胆放缩,朝着目标是3来放缩。(有风险,万一右边求错了)
例题2:
结论:若干个数的n次方之和开根号的极限,为最大的那个数
例题2:继续用结论
例题3:几何的方法
7.定积分定义求极限
提可爱因子 1 n \dfrac{1}{n} n1
判断是夹逼原理还是定积分定义:看变化部分的最大值与主体部分相比较:
①是次量级:夹逼
②是同量级:定积分定义 【高数辅导讲义 P30】
例题1:武基础班例题 定积分定义求极限
答案:
8.利用单调有界准则求极限
递推关系处理数列极限:
x n + 1 = f ( x n ) x_{n+1}=f(x_n) xn+1=f(xn),求极限 lim n → ∞ x n \lim\limits_{n→∞}x_n n→∞limxn:
①单调有界准则证明极限存在 ②等式两边同时取极限,求出极限
(0)基本不等式
2 a b ≤ a 2 + b 2 2ab≤a^2+b^2 2ab≤a2+b2
3 a b c ≤ a + b + c 3 ^3\sqrt{abc}≤\dfrac{a+b+c}{3} 3abc≤3a+b+c
(1)证明单调性:①后项减前项 ②后项比前项(难点)
找界
求出极限
例题1:660 T19 利用单调有界准则求极限
答案: 1 + 5 2 \dfrac{1+\sqrt{5}}{2} 21+5
7.求函数极限的7种未定式
7种未定式: 0 0 \dfrac{0}{0} 00、 ∞ ∞ \dfrac{∞}{∞} ∞∞、 ∞ − ∞ ∞-∞ ∞−∞、 0 ⋅ ∞ 0·∞ 0⋅∞、 1 ∞ 1^∞ 1∞、 ∞ 0 ∞^0 ∞0、 0 0 0^0 00
(1) 0 0 \dfrac{0}{0} 00
三种方法:①洛必达 ②等价无穷小 ③泰勒公式
三种化简:①极限非零因子可以先求出来 ②有理化 ③变量代换
(2) 0 ⋅ ∞ 0·∞ 0⋅∞
lim x → 0 + x ln x = 0 \lim\limits_{x→0^+}x\ln x=0 x→0+limxlnx=0
lim x → 0 + x a ln k x = 0 ( a > 0 , k > 0 ) \lim\limits_{x→0^+}x^a\ln^k x=0 \quad (a>0,k>0) x→0+limxalnkx=0(a>0,k>0)
(3) ∞ − ∞ ∞-∞ ∞−∞
①分式差:通分化为 0 0 \frac{0}{0} 00
②根式差:根式有理化
③提无穷因子 + 等价代换/换元(变量代换)/泰勒公式
(4) 1 ∞ 1^∞ 1∞
三部曲:
①原式 = lim [ 1 + α ( x ) ] β ( x ) =\lim[1+α(x)]^{β(x)} =lim[1+α(x)]β(x)
② lim α ( x ) β ( x ) = A \limα(x)β(x)=A limα(x)β(x)=A
③原式 = e A =e^A =eA
三、连续


1.连续性的概念
2.间断点
(1)间断点的定义
(2)间断点的分类
1.第一类间断点:左右极限都存在
①可去间断点:左右极限都存在,且相等
②跳跃间断点:左右极限都存在,但不等
2.第二类间断点:左右极限至少有一个不存在,为∞
①无穷间断点:存在无界点 / 瑕点,y(a)=∞,则a为无穷间断点,例如 tan π 2 \tan \dfrac{π}{2} tan2π
②振荡间断点:振荡不存在,但是有界,并不是无穷。典型例子sin∞: lim x → 0 sin 1 x \lim\limits_{x→0}\sin\dfrac{1}{x} x→0limsinx1
例题1:660 T24
答案:(1,e)
例题2:
答案:①找间断点 ②求间断点处的极限,判断是第一类还是第二类间断点
例题3:
答案:
例题4:
答案:
3.连续性的运算与性质
定义区间:包含在定义域内部的区间。定义域唯一,定义区间不唯一。
例题1:
答案:
4.闭区间上连续函数的性质
1.有界性与最大最小值定理
在闭区间上连续的函数在该区间上:①有界 ②且一定能取得它的最大值与最小值
2.介值定理
设函数 f ( x ) f(x) f(x)在闭区间 [ a , b ] [a,b] [a,b]上连续,且在这区间的端点取不同的函数值 f ( a ) = A , f ( b ) = B f(a)=A,f(b)=B f(a)=A,f(b)=B,则对于A与B之间的任意一个数C,在开区间 ( a , b ) (a,b) (a,b)内至少有一点 ξ ξ ξ,使得 f ( ξ ) = C ( a < ξ < b ) f(ξ)=C \ \ (a<ξ<b) f(ξ)=C (a<ξ<b)
3.零点定理
若函数 f ( x ) f(x) f(x)在 [ a , b ] [a,b] [a,b]上连续,且 f ( a ) ⋅ f ( b ) < 0 f(a)·f(b)<0 f(a)⋅f(b)<0,则至少存在一点 ξ ∈ ( a , b ) ξ∈(a,b) ξ∈(a,b),使得 f ( ξ ) = 0 f(ξ)=0 f(ξ)=0
零点:若 x 0 x_0 x0使得 f ( x 0 ) = 0 f(x_0)=0 f(x0)=0,那么称 x 0 x_0 x0为函数 f ( x ) f(x) f(x)的零点
例题1:
答案:最大最小值定理、介值定理
5.总结
(1)连续与可导
连续:左极限 = 函数值 =右极限
可导:左导数 = 右导数
例题1:07年4.
分析:AB是连续,CD是可导
A: lim x → 0 f ( x ) x 存在 ⇨ lim x → 0 f ( x ) = 0 → 连续 f ( 0 ) = 0 \lim\limits_{x→0}\dfrac{f(x)}{x}存在\ ⇨\ \lim\limits_{x→0}f(x)=0 \xrightarrow{连续}\ f(0)=0 x→0limxf(x)存在 ⇨ x→0limf(x)=0连续 f(0)=0
或者 lim x → 0 f ( x ) = lim x → 0 f ( x ) x ⋅ x = lim x → 0 f ( x ) x ⋅ lim x → 0 x = 0 \lim\limits_{x→0}f(x)=\lim\limits_{x→0}\dfrac{f(x)}{x}·x=\lim\limits_{x→0}\dfrac{f(x)}{x}·\lim\limits_{x→0}x=0 x→0limf(x)=x→0limxf(x)⋅x=x→0limxf(x)⋅x→0limx=0(有界×无穷小 = 无穷小)
B:两种方法同理可证 2f(0)=0
C:导数定义 lim x → 0 f ( x ) x = lim x → 0 f ( x ) − f ( 0 ) x − 0 = f ′ ( 0 ) 存在 \lim\limits_{x→0}\dfrac{f(x)}{x}=\lim\limits_{x→0}\dfrac{f(x)-f(0)}{x-0}=f'(0)存在 x→0limxf(x)=x→0limx−0f(x)−f(0)=f′(0)存在
D:举反例,|x|在x=0处不可导
答案:D
例题2:16年4.
(2) 连续与极限
若 f ( x n ) f(x_n) f(xn)连续,则 lim n → ∞ f ( x n ) = f ( lim n → ∞ x n ) \lim\limits_{n→∞}f(x_n)=f(\lim\limits_{n→∞}x_n) n→∞limf(xn)=f(n→∞limxn)
举例:
① f ( x ) = e x f(x)=e^x f(x)=ex, lim n → ∞ e x n = e lim n → ∞ x n \lim\limits_{n→∞}e^{x_n}=e^{\lim\limits_{n→∞}x_n} n→∞limexn=en→∞limxn
② f ( x ) = ln x f(x)=\ln x f(x)=lnx, lim n → ∞ ln x n = ln lim n → ∞ x n \lim\limits_{n→∞}\ln{x_n}=\ln{\lim\limits_{n→∞}x_n} n→∞limlnxn=lnn→∞limxn 【880 第一章综合填空4】
(3) 极限需要注意的问题:求极限,能否直接代入的问题
①极限非零因子可以先求出来 【辅导讲义 0/0的极限,三大化简方法】
②若剩余部分均为常数,则该处极限可以直接求 【880 第一章综合填空4】
(4) 方程根的存在性及个数
https://blog.csdn.net/Edward1027/article/details/128774498
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