同济第三版 高数 (13) 第三节 函数的极限同济第三版 高数课件.ppt
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1、例:例:设有作变速直线运动的物体,其路程函数为设有作变速直线运动的物体,其路程函数为 S=S(t)=2(t 2-t),求该物体在时刻求该物体在时刻 t 0=1 时的速度时的速度 V(t 0)对非匀速直线运动,由于在同样长的时间段内对非匀速直线运动,由于在同样长的时间段内物体走过的路程不尽相同,故不能直接利用速度公式物体走过的路程不尽相同,故不能直接利用速度公式 V=S/T 计算其速度。计算其速度。然而,变和不变是相对的,因此可考虑取较短的时然而,变和不变是相对的,因此可考虑取较短的时间段,在此时间段内物体可近似看作间段,在此时间段内物体可近似看作匀速直线运动,于匀速直线运动,于是可是可将将变速
2、直线运动局部视作变速直线运动局部视作匀速直线运动进行考察。匀速直线运动进行考察。考察物体在时间段考察物体在时间段 t 0,t 内的平均速度内的平均速度 对对 t 0=1 有有故求得故求得 000 S tS tV tVttt,2 1120122 11tS tSttVttt,2 1121lim2.1ttttVV tt0tt从函数性质讨论的角从函数性质讨论的角度看,尽管函数度看,尽管函数 V=V(t)在在点点 t 0=1 处处没有定义,但却没有定义,但却可确定自变量可确定自变量 t 趋向于趋向于 1 时时函数值函数值的变化趋势的变化趋势。当当 t 1时,时,函数值趋于函数值趋于一个确定一个确定“数值
3、数值”,这个值,这个值并不是函数并不是函数 V=V(t)在点在点 t 0=1 处处的的函数函数值,而是另值,而是另一种性质的一种性质的“值值”。t12对于函数对于函数 y=f(x),如果当自变量,如果当自变量 x 的变化趋向于的变化趋向于某一定值某一定值 x 0 时,函数值时,函数值 f(x)的变化无限接近于某个常的变化无限接近于某个常数数 A,就称当,就称当 x x 0 时,函数时,函数 y=f(x)以以 A 为极限,为极限,或常数或常数 A 是函数是函数 y=f(x)当当 x x 0 时的极限,记作:时的极限,记作:极限值与函数值是两种不同性质的极限值与函数值是两种不同性质的“值值”的概念
4、。的概念。这两种值是相互独立的,一般情况下二者独立存在,彼这两种值是相互独立的,一般情况下二者独立存在,彼此没有直接联系。此没有直接联系。例例:函数函数 在点在点 t 0=1 没有函数值,但却没有函数值,但却有极限值,即有有极限值,即有 221ttV tt 2112limlim2.1ttttVttt1OV 221ttV tt 1?V 2112limlim21ttttVtt 21tt,2例例:函数函数 在点在点 x 0=0 处的函处的函数值为数值为 f(0)=0,但其在,但其在 x 0=0 处的极限值却不存在。处的极限值却不存在。1sin000 xxyfxx,.,xOy yfx11例例:函数函数
5、 在点在点 x 0=1 处的函数值为处的函数值为 g(1)=1,在在点点 x 0=1 处的极限值为处的极限值为 在点在点 x 0=1 处函数值和极限值处函数值和极限值都存在,但二者不相等都存在,但二者不相等。221111xxxxygxx,.2112limlim2.1xxxxgxxOy1x1 221111xxxygxxx,.11g 2112limlim21xxxxgxx2 究竟什么叫究竟什么叫 x x 0 时,时,f(x)A?由数列极限的讨论可推知由数列极限的讨论可推知x x 0,f(x)A 的的意义就是,对意义就是,对 0,随着随着 x 的变化的变化当当 x 和和 x 0接近接近到到一定程度后
6、一定程度后,最终可使得最终可使得f(x)-A|问题是问题是“一定程度一定程度”究竟是究竟是什么样一种什么样一种程度呢?程度呢?为弄清当为弄清当 x x 0 时,时,|f(x)-A|的具体的具体过过程,可先通过实例进行考察。程,可先通过实例进行考察。设有函数设有函数 f(x)=2 x-1,考察其,考察其在点在点 x 0=1 处取得的极限处取得的极限 1 的情形的情形。f(x)与与 A=1 的接近程度可用绝的接近程度可用绝对值对值|f(x)-1|的大小来表达,的大小来表达,x 与与 x 0=1的接近程度可用绝对值的接近程度可用绝对值|x -1|的大小来表达。的大小来表达。由于由于 f(x)与与 1
7、 无限接近可通过无限接近可通过|f(x)-1|0,当当|x -1|变得多么小时可使得变得多么小时可使得|f(x)-1|成立成立。若取若取 1=10-2,即要求有即要求有|f(x)-1|10-2,由于由于|f(x)-1|=|(2 x-1)-1|=2|x -1|,因此只要因此只要 x 满足满足 就就可使可使|f(x)-1|=2|x -1|10-2.若取若取 2=10-4,即要求有,即要求有|f(x)-1|10-4,则只要则只要 x 满足满足 就就可使可使|f(x)-1|=2|x -1|10-4.21110122 10 x ,42110122 10 x ,由此可以推想,所谓当由此可以推想,所谓当 x
8、 和和 x 0接近到一定程度后有接近到一定程度后有|f(x)-A|0,可找到一个和可找到一个和 相关的某个正数,用以相关的某个正数,用以刻划刻划|f(x)-A|时,时,x 与与 x 0 所需所需接近的程度接近的程度。若用若用 来表示这一正数,则为使来表示这一正数,则为使|f(x)-A|,相应相应 x 与与 x 0 的的接近程度可表为接近程度可表为 0|x -x 0|0,总存在这样一个正数总存在这样一个正数 当当 x 满足满足 0|x -x 0|时有时有f(x)-A|A A xyOA02x 01x yfx 0 xxfAx,Q 0 xP|f(x)-A|A-f(x)0,并取并取 =Min 1,2 ,
9、则当,则当 x 0-x x 0+时便有时便有 A-f(x)A+由函数由函数 y=f(x)在点在点 处处取极限过程的直观认识取极限过程的直观认识可见,可见,正数正数 定量地表达了定量地表达了x 和和 接近到何种程度时接近到何种程度时就会有就会有 f(x)-A|所谓所谓当当 x 和和 接近到接近到“一定程度一定程度”实际是通过实际是通过 的具体数值来体现的。的具体数值来体现的。因此,能否确定这样的因此,能否确定这样的正数正数 或或这样的这样的正数正数 是否是否存在,就存在,就是函数是函数 y=f(x)在在点点 处处是否存在极限的关键!是否存在极限的关键!设函数设函数 f(x)在点在点 x 0 的某
10、个去心邻域内有定义,如的某个去心邻域内有定义,如果存在常数果存在常数 A,对于任意给定的正数,对于任意给定的正数 (无论它多么小无论它多么小),总存在正数总存在正数 ,使得当使得当 x 满足满足不等式不等式 0|x-x 0|时时,对应的函数值对应的函数值 f(x)就满足不等式就满足不等式|f(x)-A|,那么常数那么常数 A 就叫做函数就叫做函数 f(x)当当 x x 0 时的极限,记作时的极限,记作:如果这样的常数不存在,那么称如果这样的常数不存在,那么称 x x 0 时时 f(x)没没有极限,或有极限,或 不存在。不存在。0 0lim.xxfAfA xxxx 或或 0limxxfAx例例:
11、用定义证明:用定义证明 由函数极限的由函数极限的“-”定义知:定义知:f(x)A,(x x 0 ),就是对任意就是对任意给定的正数给定的正数 ,一定存在这样的正数,一定存在这样的正数 ,使得当使得当 0|x-x 0|时时不等式不等式|f(x)-A|能成立。能成立。对本例,对本例,|f(x)-A|=|C -C|=0,因此,因此,对任意给定的正数对任意给定的正数 ,总有,总有|f(x)-A|,于于是可取任意正数作为是可取任意正数作为,使得当,使得当 0|x-x 0|时时不不等式等式|f(x)-A|成立。因此有成立。因此有 0lim.xxCC 0lim.xxCCxyO yfCxA A C0 x例例:
12、用定义证明:用定义证明 用极限的用极限的“-”定义证明函数定义证明函数 y=f(x)在一点在一点x 0 处的处的极限为某值极限为某值 A,就是对任意给定的正数就是对任意给定的正数,要说明一定,要说明一定存在正数存在正数 ,使得当,使得当 0|x-x 0|时,时,不等式不等式|f(x)-A|能成立。能成立。要说明要说明这样的这样的 存在,最直接的办存在,最直接的办法就是将法就是将 找出来。由于式子找出来。由于式子|f(x)-A|随随|x-x 0|的的不断变小而不断变小而逐步变小逐步变小,故可从所证式子,故可从所证式子|f(x)-A|0,从不等式从不等式|f(x)-A|出发去找出出发去找出 的过程
13、的过程。00lim.xxxx 对本例,由于对本例,由于|f(x)-A|=|x -x 0|.因此因此对任意给定的正数对任意给定的正数 ,只要取只要取=,则当,则当 0|x-x 0|=时就有时就有|f(x)-A|=|x -x 0|=,由极限的由极限的“-”定义知定义知 00lim.xxxxxOy yfxx0 x 0 x 0 x0 x例例:用定义证明:用定义证明 用极限的用极限的“-”定义证明函数定义证明函数 y=f(x)在一点在一点x 0 处的处的极限为某值极限为某值 A,就是对任意给定的正数就是对任意给定的正数,要说,要说明一定存在正数明一定存在正数 ,使得当,使得当 0|x-x 0|时,时,不
14、等式不等式|f(x)-A|能成立。能成立。要说明要说明这样的这样的 存在,最直接的办法就是将存在,最直接的办法就是将 找出找出来。由于式子来。由于式子|f(x)-A|是随是随|x-x 0|的不断变小而的不断变小而逐逐步变小步变小的,故可从所证式子的,故可从所证式子|f(x)-A|0,从不等式从不等式|f(x)-A|出发去出发去找出找出 的过程的过程 1lim4.31xx 对本例,由于对本例,由于|f(x)-A|=|-4|=3|故故对任意给定的正数对任意给定的正数 ,要使要使|-A|=3|-1|,只需,只需|x-1|/3 因此取因此取 =/3,则对这个确定的,则对这个确定的 ,当当 0|x-1|
15、=/3 时有时有|(3x+1)-4|=3|x-1|0,由由|f(x)-A|k|x-x 0|解出解出|x-x 0|/k;取取 =/k,验证验证 0|x-x 0|时时 有有|f(x)-A|.按照极限的一般概念,按照极限的一般概念,函数函数 f(x)在一点在一点 x 0 的取极的取极限过程中,动点限过程中,动点 x 趋于定点趋于定点 x 0 的方式必须是任意的,的方式必须是任意的,但但出出于某些特殊问题的研究需要,有时需考虑动点于某些特殊问题的研究需要,有时需考虑动点 x 按按某种特殊方式某种特殊方式趋于定点趋于定点 x 0 时函数的变化趋势。时函数的变化趋势。在在动点动点 x 趋于定点趋于定点 x
16、 0 的各种方式中,有两种特殊的各种方式中,有两种特殊方式值得关注,即方式值得关注,即 x 仅仅从从 x 0 左侧趋于左侧趋于 x 0(记作记作:x x0-)时时的极限和的极限和 x 仅从仅从 x 0 右侧趋于右侧趋于 x 0(记作记作:x x0+)时时的的极限,这就是单侧极限的概念。极限,这就是单侧极限的概念。相应地,相应地,x 以任意方式趋向于定点以任意方式趋向于定点 x 0 时时的极限称为的极限称为双侧极限。双侧极限。设函数设函数 y=f(x)在点在点 x 0 的左邻域内有定义,如果的左邻域内有定义,如果对于任意给定的正数对于任意给定的正数 (无论它多么小无论它多么小),总存在正数,总存
17、在正数 ,使得对于适合不等式使得对于适合不等式 -x-x 0 0 的一切的一切 x,对应的函,对应的函数值数值 f(x)都满足不等式都满足不等式|f(x)-A|,则常数,则常数 A 就叫就叫做函数做函数 y=f(x)当当 x x 0 时的左极限,记作:时的左极限,记作:00lim.xxfAfAxx 或或xyO0 x yfx0fx 类似地,设函数类似地,设函数 y=f(x)在点在点 x 0 的右邻域内有定的右邻域内有定义,如果对于任意给定的正数义,如果对于任意给定的正数 (无论它多么小无论它多么小),总存,总存存在正数存在正数 ,使得对于适合不等式,使得对于适合不等式 0 x-x 0 的一切的一
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