极限:基本思想
某个函数f和x轴上的一点出发,该点称为a.需要理解的是:当x非常非常接近于a,但不等于a时,f(x)是什么样子的?
令f的定义域为R{2}(除2以外的所有实数),并设f(x)=x-1.
f(x)=x-1当x=2.
f(2)是无定义的.另一方面,当x非常非常接近于2的时候,我们可以找到一些f(x)的值,并看看将会有什么发生.例如,f(2.01)=1.01,f(1.999)=0.999.稍作思考,你会发现当x非常非常接近于2的时候,f(x)的值会非常非常接近于1.
只要令x充分地接近于2,那么你想多接近于1就能多接近于1,却又不是真的达到1.
当x趋于2,f(x)的极限等于1”.再次说明,这意味着,当x接近于2(但不等于2)时,f(x)的值接近于1.
假设有一个新的函数g,其图像如图
可被定义为分段函数:
这里的关键是,g(2)的值和该极限是不相关的!只有那些在x接近于2时的g(x)的值,而不是在2处的值,才是问题的关键.如果忽略x=2,函数g和之前的函数f就是完全相同的.因此,尽管g(2)=3,我们还是
左极限与右极限
就趋于极限的行为而言,h(3)=2实际上是无关紧要的.
如果你从图的左边向右走,那么当你的水平位置接近于3时,你所在高度就会接近于1.当然,当到达x =3时你会陡然坠落(更不用说那个古怪的小突起),但暂时我们不关心.这时任何在x=3右侧的值,包含x=3本身对应的值,都是无关紧要的.因此,就可以看到h(x)在x=3的左极限等于1.
另一方面,如果你从图的右边向左走,那么当你的水平位置接近于x =3时,你所在高度就会接近于-2.这就是说,h(x)在x=3的右极限等于-2.
如果左极限和右极限不相等,那么双侧极限不存在
什么情况不存在极限
当相应的左极限和右极限不相等时双侧极限不存在
当x从右侧滑向0时,它看起来并不接近于任何数;它就是变得越来越大了
会比你能想象到的任何数都大!我们说该极限是无穷大
这里的左极限是-∞,因为当x向0上升时,f(x)会变得越来越负
由于左极限和右极限不相等,故双侧极限显然不存在
此函数在x=0处的左极限和右极限都是∞
垂直渐近线的定义:
g(x)=sin(1/x)
由于sin(x)在x=π,2π,3π,…上的值全为0,因而sin(1/x)在1/x=π,2π,3π,…上的值全为0
当接近于0的时候,它们都挤在了一起.由于在每一个x轴截距之间,sin(x)向上走到1或向下走到-1
以上图像在x =0附近很杂乱.它无限地在1和-1之间振荡,当你从右侧向x=0处移动时,振荡会越来越快.这里没有垂直渐近线,也没有极限[插图].当x从右侧趋于x=0时,该函数不趋于任何数.不存在极限
在∞和-∞处的极限
研究当变量x趋于∞时函数的行为
当x很大的时候,f(x)变得非常接近于值L,并保持这种接近的状态
像y=x2这样的函数没有任何水平渐近线,因为当x变得越来越大时,y值只会无限上升.
- 如果一个数的绝对值是非常大的数,则这个数是大的;
- 如果一个数非常接近于0(但不是真的等于0),则这个数是小的。
关于渐近线的两个常见误解
一个函数不一定要在左右两边有相同的水平渐近线
此函数在y=π/2处有一条右侧水平渐近线,在y=-π/2处有一条左侧水平渐近线,它们是不同的
一个函数的确可以有不同的右侧和左侧水平渐近线,但最多只能有两条水平渐近线(一条在右侧,另一条在左侧).它也有可能一条都没有,或者只有一条.
y =2^x有一条左侧水平渐近线,但没有右侧水平渐近线
这和垂直渐近线相反:一个函数可以有很多条垂直渐近线
另外一个常见误解是,一个函数不可能和它的渐近线相交.或许你曾学到,渐近线是一条函数越来越接近但永远不会相交的直线.这并不正确,至少当你讨论的是水平渐近线时.
夹逼定理
如果一个函数f被夹在函数g和h之间,当x→a时,这两个函数g和h都收敛于同一个极限L,那么当x→a时,f也收敛于极限L.
假设对于所有的在a附近的x,我们都有g(x)≤f(x)≤h(x),即f(x)被夹在g(x)和h(x)之间.
假设g(x)、h(x)的趋于a的极限都是L那么f(x)趋于a的极限也是L