微积分学习总结

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1、第一章 函数与极限第一节 函数1。1 函数内容网络图区间定义域不等式 定义集合对应法则 表格法表达方法 图象法初等函数解析法非初等函数单调性 函数的特性 奇偶性函数周期性有界性定义反函数 重要的函数存在性定理复合函数符号函数:几个具体重要的函数 取整函数：，其中x表示不超过x的最大整数。狄里克雷函数：1。2 内容提要与释疑解难 一、函数的概念 定义：设A、B是两个非空实数集，如果存在一个对应法则f，使得对A中任何一个实数x，在B中都有唯一确定的实数y与x对应,则称对应法则f是A上的函数，记为 。y称为x对应的函数值，记为 .其中x叫做自变量，y又叫因变量，A称为函数f的定义域，记为D（f），

2、， 称为函数的值域，记为R（f），在平面坐标系Oxy下,集合 称为函数y=f（x）的图形。函数是微积分中最重要最基本的一个概念，因为微积分是以函数为研究对象,运用无穷小及无穷大过程分析处理问题的一门数学学科。 1、由确定函数的因素是定义域、对应法则及值域，而值域被定义域和对应法则完全确定，故确定函数的两要素为定义域和对应法则。从而在判断两个函数是否为同一函数时，只要看这两个函数的定义域和对应法则是否相同，至于自变量、因变量用什么字母，函数用什么记号都是无关紧要的。 2、函数与函数表达式的区别：函数表达式指的是解析式子，是表示函数的主要形式，而函数除了用表达式来表示,还可以用表格法、图象法等形式

3、来表示,不要把函数与函数表达式等同起来。 二、反函数 定义 设y=f(x)，若对R(f）中每一个y，都有唯一确定且满足y=f(x）的与之对应,则按此对应法则就能得到一个定义在R（f)上的函数，称这个函数为f的反函数，记作 .由于习惯上用x表示自变量，y表示因变量，所以常把上述函数改写成. 1、由函数、反函数的定义可知，反函数的定义域是原来函数的值域，值域是原来函数的定义域. 2、函数y=f(x）与x=f1(y)的图象相同，这因为满足y=f（x)点（x，y）的集合与满足x=f1（y)点（x,y）的集合完全相同，而函数y=f(x)与y=f1（x)图象关于直线y=x对称。 3、若y=f(x)的反函数

4、是x=f-1(y），则 4、定理1（反函数存在定理）严格增（减）的函数必有严格增（减）的反函数。三、复合函数 定义 设,若，则y通过u构成x的函数,称为由y=f（u）与复合而成的函数,简称为复合函数,记作。复合函数的定义域为，其中x称为自变量，y称为因变量，u称为中间变量，称为内函数，f（u）称为外函数。1、在实际判断两个函数能否构成复合函数，只要看的定义域是否为非空集，若不为空集,则能构成复合函数，否则不能复合函数。2、在求复合函数时，只要指出谁是内函数，谁是外函数，例如y=f（x), y=g(x）,若y=f(x)作为外函数，y=g（x)作为内函数。则复合函数,若作为外函数，作为内函数，则复

5、合函数为y=g(f（x）。3、我们要学会分析复合函数的复合结构，既要会把几个函数复合成一个复合函数,又要会把一个复合函数分拆成几个函数的复合。四 初等函数常值函数、幂函数、指数函数、对数函数、三角函数、反三角函数统称为基本初等函数。大家一定要记住基本初等函数的定义域,值域，会画它们的图象，并且要知道这些函数在哪些区间递增，在哪些区间递减，是否经过原点？与坐标轴的交点是什么？以后我们常常要用到。由基本初等函数经过有限次四则运算或有限次复合运算所得到的函数统称为初等函数.不是初等函数称为非初等函数.一般来说，分段函数不是初等函数,但有些分段函数可能是初等函数，例如 ,是由复合而成。五 具有某些特性

6、的函数1奇（偶）函数定义 设D是关于原点对称的数集，y=f（x)为定义在D上 的函数,若对每一个，都有，则称y=f（x)为D上的奇（偶)函数。 (1）定义域关于原点对称是函数为奇（偶）函数的必要条件。 （2）若f（x）为奇函数,则f（0)=0,事实上,由定义知f（-0）=f(0),有f（0）=-f(0)，得f（0)=0。 2周期函数 定义 设y=f(x)为定义在D上的函数，若存在某个非零常数T,使得对一切,都有f(x+T)=f(x），则称y=f（x）为周期函数，T称为y=f(x）的一个周期。 显然,若T是f（x)的周期，则也是f（x)的周期,若周期函数f(x)的所有正周期中存在最小正周期，则称

7、这个最小正周期为f（x)的基本周期,一般地，函数的周期是指的是基本周期。 必须指出的是不是所有的周期函数都有最小正周期，例如f(x)=c（c为常数)，因为对任意的实常数T，都有f(x+T）=f(x)=c。所以f(x）=c是周期函数，但在实数里没有最小正常数，所以,周期函数f（x）=c没有最小正周期。 如果f（x）为周期函数，且周期为T，任给,有f（x)=f(x+kT)，知.所以D是无穷区间，即无穷区间是周期函数的必要条件。 3单调函数 定义 设y=f（x)为定义在D上的函数,若对D中任意两个数x1，x2且x10，使得对每一个,都有则f(x）为D上的有界函数.几何意义，若f(x）为D上的有界函数

8、，则f（x）的图象完全落在直线y=M与y=M之间。注意：直线y=M,y=M不一定与曲线相切。有界函数定义的反面是定义 设y=f(x）为定义在D上的函数，若对每一个正常数M(无论M多么大）,都存在,使,则称f（x)为D上的无界函数。 6函数的延拓与分解 有时我们需要由已知函数产生新的函数来解决实际问题,这里我们从函数的特性出发,开拓由已知产生新的函数的方法。 设，我考虑区间-a,a上的函数F（x)，它是偶函数，且在0,a上，使F(x)=f（x）,则应有称F（x)是f（x）的偶延拓同样可给出f（x）的奇延拓,即函数F(x）在-a，a上的奇函数，且在(0,a）上，F（x）=f（x）,则应有这样，研究

9、f(x）只要，研究F（x)就可以了。 同样，对于函数y=f(x),可以构造一个以（b-a)为周期的周期函数F（x），在（a，b）上，F（x)=f（x），则有这就是函数f(x)的周期延招，研究f(x)只要研究F（x）就可以了。 此外，定义在区间（a，a）上的任何一个函数f(x）都可以表示成一个奇函数与一个偶函数和事实上设 由奇偶函数的定义知,f1（x)是奇函数。 f2（x）是偶函数，且。我们还可以证明f1（x),f2（x）是唯一存在，如果，其中g1（x）是奇函数，g2(x)是偶函数，于是,解得，1.3解题基本方法与技巧一、求函数定义域的方法1若函数是一个抽象的数学表达式子,则其定义域应是使这式子

10、有意义的一切实数组成的集合,且在(1）分式的分母不能为零； (2)偶次根号下应大于或等于零；(3）对数式的真数应大于零且底数大于零不为1; （4）arc sin 或arc，其；（5），其 （6）若函数的表达式由几项组成，则它的定义域是各项定义域的交集；（7)分段函数的定义域是各段定义域的并集。2.若函数涉及到实际问题,定义域是除了使数学式子有意义还应当确保实际有意义自变量取值全体组成的集合。3.对于抽象函数的定义域问题，要依据函数定义及题设条件。 例1 求下列函数的定义域：（1）； （2） 解（1)要使函数式子有意义,就必须满足。化简有 ,即 。解之，得定义域为。(2）要使函数式子有意义,就必

11、须满足 ，即，化简有，不等式各边除以(2）有，各边取倒数得,。解之，得函数的定义域为。 例2 不清设,求f(x）的定义域。 解 要使函数式子有意义,必须满足 即 故所给函数的定义域为.注意：如果把化简为,那么函数的定义域为的一切实数,因此，求函数的定义变形式时需特别小心,避免出错。 例3 已知且，求并写出它的定义域。 解 由,得，由，得，即x0，所以 。 例4 设f（x)的定义域为0，1，试求f(x+a）+f(xa）的定义域(a0). 解 要使f（x+a）+f(x-a)有意义，必须满足 得 当时，由，知函数的定义域为。当时，由a1a,知定义域不存在.二、求函数值域的方法1. 由定义域x的范围，

12、利用不等式求出f（x）的范围；2。 若y=f（x）有反函数x=f-1（y），求出反函数的定义域就是函数的值域；3。 利用一元二次方程的判别式求函数的值域. 例5 求下列函数值域:(1)； （2）； (3）. 解（1）令,于是。当且仅当,即时,。故函数的值域是。 (2）由，得(x+3）y=x+1，解之,是的反函数，而的定义域是,故函数值域是。（3)由原函数式变形，得 ，即 。当y1=0,即y=1时，x=0；当，即。故函数的值域为0，4. 三、判断两函数是否为同一函数的方法 例6 判断下列各组函数是否为同一函数： （1）（i）； （ii） （2）（i）； （ii）。 解（1)由y=sinx的定义域

13、是0，的定义域是0，。知两函数定义域相同，又知两函数对应法则相同，故（i)（ii）为同一函数。 (2）由的定义域是的全体实数，的定义域是的全体实数,知两函数定义域不同，尽管当时，知两函数对应法则相同，但（i）（ii）不是同一个函数. 四、求反函数方法 步骤:1. 从y=f(x)中解出x=f-1(y） ；2.改写成y=f-1（x）,则y=f-1（x)是x=f1(y）的反函数. 例7 求下列函数的反函数： （1）； （2）； (3） 解（1）由，知反函数为， . （2）由两边立方得即 解之 。所以反函数为（3）由 则反函数为 五、求复合函数的方法。 1代入法 某一个函数中的自变量用另一个函数的表达

14、式来替代，这种构成复合函数的方法,称之为代入法，该法适用于初等函数的复合，关健搞清谁是内函数，谁是外函数.2分析法根据外函数定义的各区间段，结合中间变量的表达式及中间变量的定义域进行分析，从而得出复合函数的方法，该方法用于初等函数与分段函数或分段函数与分段函数的复合。例8 设。解 , ,猜想 。当n=1时，结论已成立，假设n=k时，成立，当n=k+1时， 。即n=k+1时结论成立，故。 例9 设. 解 当,当。故 f(f(x)）=1。 例10 设. 解 由（1)当时或。或（2)当时或.或得六、判断奇偶函数的方法 偶函数f（x)的图象关于y轴对称；奇函数f(x）的图象关于原点对称。奇偶函数的运算

15、性质 1。 奇函数的代数和仍为奇函数,偶函数的代数和仍为偶函数。 2。 偶数个奇（偶)函数之积为偶函数;奇数个奇函数的积为奇函数。 3. 一奇一偶的乘积为奇函数 4。 两个奇函数复合仍为奇函数，一奇一偶复合为偶函数，两个偶函数复合仍为偶函数.判断方法 1用定义 2.若f(x）+f（-x)=0，则f(x)为奇函数，这种方法适合用定义比较困难的题目。 例11 判断下列函数的奇偶性： （1）； (2）； (3）（a0,a1常数) 解（1）由,知f(x)为偶函数 （2）由 知f（x）为奇函数. （3）由 ,知f（x）为奇函数 七、周期函数的判断与周期的求法 1周期函数周期的求法 (1）若T为f（x）

16、的周期，则f(ax+b)的周期为 （2）若f(x)的周期为T1,g(x）的周期为T2,则c1f（x)+c2g（x)的周期为T1，T2的最小公倍数。 2周期函数的判断方法。 （1)用定义。 （2)用周期函数的运算性质。常见函数的周期：sinx，cosx，其周期T=2;其周期T=。 例12 求下列函数周期 (1）; （2）; （3）。 解（1）由的周期，的周期。故f（x）的周期性期为6。 （2)由 ，知f（x)的周期。 （3）设，T为任意整数，由知任意整数均为其周期，则最小周期T=1。 例13 若函数的图形关于两条直线x=a和x=b对称（ba），则f(x)为周期函数. 证 由条件函数的对称性知 ，

17、 (1） , （2）故函数在a，b中点(a+b）/2处的值等于点a/和处的函数值从而猜想如果f(x）为周期函数，则周期应为 。事实上所以f（x)是以2（b-a）为周期的周期函数. 八、单调函数的判断方法1用定义。2利用单调函数的性质。 （1）两个递减（增）函数的复合是递增函数，一个递增、一个递减函数的复合是递减函数。 例14 设及f(x）为递增函数证明：若 （1） 则 (2） 证 设x0为三个函数公共域内的任一点,则 由（1）以及函数f（x)的递增性知，；从而 同理可证 。由x0的任意性知，于是（2）式成立。 九、函数有界性的判断 判断函数是否有界，经常用定义。 例15 判断下列函数是否有界：

18、 （1）； （2）。 解(1）由f(x)的定义域是R。当，当,知，所以f(x)为有界函数. （2）. 由无界函数的定义知f（x）在(0,1）上无界。第二节 函数极限与连续2.1 函数极限内容网络图闭区间上连续函数的性质初等函数在其定义域内的闭区间上连续最大（小）值定理零值点定理（根的存在定理）介值定理函数极限与连续 夹逼定理判断函数极限存在准则 单调有界定理单侧极限与双侧极限函数极限与数列极限归结原则。关系定理 函数极限与无穷小 无穷大与无穷小无穷小的阶高阶、同阶、等价。函数连续定义 可去间断点 第一类间断点 跳跃间断点间断点分类 第二类间断点2。2内容提要与释疑解难一、函数极限的概念1.。2

19、. 把1中“”换成“。3 把1中“”换成“”。定理且4设在的某空心邻域内有定义,若存在一个常数A，都有。5 设在的某左半邻域内有定义，若存在一个常数A，时，都有。此时也可用记号或表示左极限值A，因此可写成6。 设在的某右半邻域内有定义，若存在一个常数，当时,都有。此时也可用或表示右极限。因此可写成.定理 且该定理是求分界点两侧表达式不同的分段函数在该分界点极限是否存在的方法，而如果在的左右极限存在且相等，则在该点的极限存在,否则不存在。7时，都有。此时称时，是无穷大量。而,只要把公式中“”改成“”，,只要把上式中“”改成“。8.。当时,都有。读者同理可给出定义。注：（常数）与的区别，前者是表明

20、函数极限存在，后者指函数极限不存在，但还是有个趋于无穷大的趋势。因此，给它一个记号,但还是属于极限不存在之列，以后，我们说函数极限存在，指的是函数极限值是个常数。9。称当是无穷小量。这里的可以是常数，也可以是。定理 .其中。10若时,都有,称时是有界量.二、无穷小量阶的比较，无穷小量与无穷大量关系设,（这里可以是常数，也可以是，以后我们不指出都是指的这个意思）（1）若，称当时是的高阶无穷小量,记作。（2)若,称时是的同价无穷小量.（3）若，称时是的等价无穷小量,记作，此时（2）式也可记作.（4）若，称时是的k阶无穷小量.由等价无穷量在求极限过程中起到非常重要的作用，因此，引入若。记作，如果均是

21、无穷小量，称为等价无穷小量；如果均是无穷大量,称为等价无穷大量；如果既不是无穷小也不是无穷大，我们称为等价量.例如 ，则。注：A不能为零，若A=0，不可能和0等价.无穷小量的性质：1若均为无穷小量，则（i）其中均为常数。（ii）.2若时是有界量，,则。无穷大量的性质：1有限个无穷大量之积仍是无穷大量。2有界量与无穷大量之和仍是无穷大量。无穷小量与无穷大量之间的关系：若；若.三、函数连续的概念。定义1 若处连续。用语言可写为定义 设的某邻域内有定义,若时，都有,称连续。用函数值增量形式可写为定义 若，称在处连续。若，称处左连续。若称处右连续。定理处连续处既是左连续又是右连续。如果处不连续，称为的

22、间断点。间断点的分类：(1)若点.若为函数的可去间断点，只须补充定义或改变函数在该点连续.但须注意,这时函数与已经不是同一个函数但仅在处不同，在其它点相同.我们正是利用这一性质去构造一个新的函数，使在某闭区间上处处连续，因而有某种性质。当时，也具有这种性质。而时，所以在的范围内也具有这种性质，从而达到了我们的目的。例如 ，但 则在处连续，但与定义域不同,虽然，又如知。设则在处连续，虽然与定义域相同，但在处，两个函数值不同,知与不是同一函数，但仅在不同，其余点函数值处处相同。（2）若但,称为的跳跃间断点，称的跳跃度。（1)（2）两种类型的特点是左右极限都存在，我们统称为第一类间断点。（3）若处，

23、左、右极限至少有一个不存在，我们称.若，我们也称为的无穷型间断点，属于第二类间断点.四、函数极限的性质在下述六种类型的函数极限：(1） （2) （3) （4) （4) （6)它们具有与数列极限相类似的一些性质,我们以为例,其它类型极限的相应性质的叙述只要作适当修改就可以了。性质1（唯一性）若极限存在,则它只有一个极限。性质2(局部有界性）若极限存在，则存在的某空心邻域，使在内有界。注意:存在，只能得出在的某邻域内有界，得不出在其定义域内有界.性质3 若，则存在的某空心邻域，使时，都有。性质4（局部保号性) 若,则对任何常数，存在的某空心邻域，使得对一切，都有 成立。性质5（不等式）若,且存在的

24、某空心邻域，使得对一切,都有。性质6 (复合函数的极限）若，且存在的某空心邻域，当时, ，则。性质6是求极限的一个重要方法-变量替换法，即。性质7（函数极限的四则运算）若均存在，则函数（1)； （2)；（3）；又若在时的极限也存在，且有（4）。利用极限的四则运算,可得下列重要结果.上面的结论可作为公式用.性质8（归结原则或海涅（Heine）定理)存在的充要条件是:都存在且相等。逆否定理若存在两个数列=且或存在不存在,则不存在。此定理是判断函数极限不存在的一个重要方法。五、函数连续的性质若函数处连续，即,利用极限的性质15可得到函数在连续的局部有界性，局部保号性,不等式等,只要把即可，读者自己叙

25、述出来。利用极限的四则运算，我们有性质1（连续函数的四则运算）若处连续，则。性质2 若处连续，则处也连续且在满足性质2的条件下，极限符号与外函数可交换顺序,如果仅要可交换顺序,有推论 若。证 设则处连续，又处连续，由性质2知.由于.在这里，我们巧妙地利用可去间断点的性质,构造一个连续函数，以满足所需的条件，上面的性质2及推论也是求函数极限的一个重要方法。即极限符号与外函数交换顺序，把复杂函数极限转化为简单函数极限。定理 初等函数在其定义域上连续。六、闭区间上连续函数的性质定理 （最大值与最小值定理)若在闭区间上连续，则在上一定能取到最大值与最小值,即存在,使得对一切，都有.推论1 若上连续，则

26、上有界。定理（根的存在定理或零值点定理）若函数上连续，则至少存在一点。推论1 若函数上连续，且之间的任何常数，则至少存在一点.推论2 若函数上连续，则。这几个定理非常重要，请大家要记住这些定理的条件与结论，并会运用这些定理去解决问题。七、重要的函数极限与重要的等价量利用初等函数的连续性及极限符号与外函数的可交换性及等价量替换，夹逼定理可得到下面的重要的函数极限。1 2. 。3.4.5. 。6、.7.8。9 。10 。11若=即 。注:不仅要记住这些公式的标准形式，更要明白一般形式.即上面公式中的可换成，只要时，结论依然成立。利用上述重要极限，我们可以得到下列对应的重要的等价无穷小量，在解题中经

27、常要利用他们当时,.注：上式中的可换成，只要时，.结论依然成立。例如 。此外，若。2。3 解题基本方法与技巧一、求函数极限的有关定理等价量替换定理，若（1）；（2）；,则.证，即。这个定理告诉我们，在求函数极限时，分子、分母中的因式可用它的简单的等价的量来替换，以便化简，容易计算.但替换以后函数极限要存在或为无穷大。需要注意的是,分子、分母中加减的项不能替换，应分解因式，用因式替换,包括用等价无穷小量、等价无穷大量或一般的等价量来替换。夹逼定理 若 ，且存在的某空心邻域，使得对一切，都有，则 。单调有界定理（1)若在内递增（或递减）有下界（或上界），则存在.（2）若在内递增(或递减）有下界（或

28、上界)，则存在。请读者给出的叙述。函数的单调有界定理应用的较少，大家只要了解就可以。洛必达法则I 设(1)；（2）存在的某邻域，当时，都存在，且 ；（3）,则。洛必达法则II,设(1）；（2）存在的某邻域，当时,都存在且 ；(3），则.1上述两个法则中的改成时，条件(2）只须作相应的修改，结论依然成立。2在用洛必达法则求极限之前，应尽可能把函数化简，或把较复杂的因式用简单等价的因式来替换，以达到简化，再利用洛必达法则。3利用洛必达法则求极限时,可在计算的过程中论证是否满足洛必达法则的条件，若满足洛必达法则的条件，结果即可求出；若不满足，说明不能使用洛必达法则，则需用其它求极限的方法.此外,可重

29、复使用洛必达法则，但只能用有限次。注:洛比达法则是第三章内容。二、函数极限的类型1 若是初等函数，的定义域，由初等函数的连续性知.2若,则(1）（2）对于因式中含有对数函数,反三角函数时,一般放在分子、否则利用洛必达法则很繁,或求不出来。（3)当同号时，这时，把化成分式，通分、化简,化成“”或“，再利用洛必达法则。(4）(i）当时,我们有两种方法求该未定式的极限，一种方法利用重要极限来计算，另一种方法，化为以e为底的指数函数，再利用洛必达法则。即解法一 再根据具体情况化成.解法二 这两种方法,我们经常还是利用解法一方便。（ii)当时，（iii）当时这时,只有化成以e为底的指数函数，再利用洛必达

30、法则。即。而不属于未定式,因为。三、已知函数的表达式,求函数的极限1求函数极限的四种重要方法 （1)极限的四则运算；（2)等价量替换；（3）变量替换；(4）洛必达法则。对于未定式的极限，先用等价量替换或变量替换或极限的四则运算化简，再利用洛必达法则求极限。很多情况下，这几种方法常常综合运用。例1 求。解 （）=。例2 求。解 ，由得原式=.注：本题虽然是未定式，但巧妙地用变量替换，并没用洛必法则就直接求出了极限。例3 求。解 原式，由时,得原式。例4 求。解 原式，由时，得原式 .例5 求。解 原式.例6 求.解法一 由，故原式=.解法二 原式，由,得原式.例7 求。解法一 原式，且时,原式=

31、。解法二 原式例8 求。解 原式 由。得原式。例9 求.解 原式由，得原式。例10 求.解 原式.例11 求。解 原式.例12 求。解 原式.例13 求.解法一 原式。解法二 原式。例14 求。解 原式 。例15 求。解 例16 求.解 。例17 求。解 例18 设在的某邻域内连续，求解 于是=例19 求.分析 因为，所以洛必达法则不适用，宜改用其它方法。解 原式例20 求。无限循环，所以不能用洛必达法则.解 原式.2利用泰勒公式求函数极限。若.事实上，。因此，利用带有佩亚诺余项的泰勒公式可以求出某些函数极限，当时，若则例21 求.解 由于，,所以 .对于求时的函数极限，若用泰勒公式求极限，可

32、令，变成求时的的函数极限，再利用上述的方法去解决。3利用夹逼定理求函数极限。例22 求。解 .由,根据夹逼定理知,.例23 求。分析 本题虽然属于型，但不能用洛必达法则，因为不存在.因此，用其它方法，解 对任意自然数，有 ，当时，成立不等式 .由根据夹逼定理知原式=.注：这里是的函数,是分段函数，即.4利用定义证明函数极限的存在利用函数极限定义证明函数极限与利用数列极限定义证明数列极限存在完全类似，在这里我们就不再重复了，一般情况，能不用尽量不用。除非要求用定义证,且考研出这种题的可能性较小。例24 用定义证明。证 不妨设,则，任给,要使,由，只要时，都有,由定义知。注：这里用了公式。至于用函

33、数极限的单调有界定理求函数极限的可能性更小.四、已知函数极限且函数表达式中含有字母常数,确定字母常数数值。这种题型考的可能性更大，因为这种题型更能考察考生运用无穷小量阶的比较和洛必达法则分析问题,解决问题的能力。例25 求，求常数a, b.解 令，于是原式，由，知分子当时,是分母的同阶无穷小量，所以。得原式.例26 设，求常数解 ，由，知分子是分母的同阶无穷小量,得有，解得。例27 试确定常数。解 由题意知.由于=arcsin,所以,必有例28 已知为常数，求常数a和k,使时，解 ，由,知，从而，得例29 确定常数的值,使，解 由 知分子、分母是同阶无穷小量有，且故,注: （1)必有，与(1）

34、矛盾，若.故。例30 设在存在二阶导数，且 ,求。分析：这里表面上没有字母常数,实际上 就是待求的字母常数。解法一 由，得。由。于是。由。从而，得，注：求时不能用下述方法,，。虽然结论对了,但过程是错的。因为存在，推不出在的某空心邻域内存在且在不知是否连续，所以。解法二 由，利用在处的带有二阶余项的佩亚诺展开式,得由从而有又。于是，所以五、判断函数极限不存在的方法。1若极限不存在.例31 讨论极限.解 取取而不存在。2若例32 讨论极限.解 取，知不存在.六、关于函数连续性的应用和间断点的讨论。1函数连续性的应用例33 设在区间X上的连续,且在有理点处都等于0，则。证取有理数列，使，由，根据归

35、结原则知。例34 若在区间X上连续，当为有理数，,则在区间X递增。证，取有理数列， 根据条件有由于，在不等式（1）中，令，得。所以在区间X是递增函数。注：这里区间X可以是闭区间、开区间、半闭半开区间或无穷区间.例35 设在上连续，若，证明：存在一,使。证 由闭区间上连续，则在一定能取到最小值，最大值M，且值域，有又，于是。故至少存在一点,使得。例36 证明:若函数在上连续,且对任何,存在相应的，使得。 证 ，由条件知存在，使,同样存在使,如此下去，存在数列，使，由 对于一切，都有,从而.令，得,由是上任意一点，故.例37 设。证明：若对任何，都有，则为常值函数.证 (i)当时，由条件得是常值数

36、列。又在处连续，由归结原则，(ii）当时，由条件得是常值数列。由，而，知，且由，知，知.2间断点的讨论如果初等函数，若在处没有定义，但在一侧或两侧有定义,则是间断点，再根据在处左右极限来确定是第几类间断点。如果是分段函数，分界点是间断点的怀疑点。例38 求极限，记此极限为，求函数的间断点并指出其类型。解 ,由于在处没定义，而在两侧有定义，故是间断点。又所以是函数的第一类（可去）间断点.例39 讨论的间断点，并指出间断点的类型。解 由于所以是第二类间断点。例40 讨论的间断点，并指出类型。解 由于且所以是跳跃间断点。七、关于分段函数在分界点连续性的讨论。例41 设。解 由。故。注：由是初等函数表

37、达式。在处有意义知连续且为左连续,以后遇到类似情况，我可直接得出左连续，从而只要右连续即可。例42 已知解 因为.所以。八、杂题例43 若.解法一 由于，故从而。解法二 .例44 设在的某邻域内连续，且，求。解 令，于是 ， 故 原式。例45 设存在，证明证:由存在，知时，存在。当充分小时，,在上对应用拉格朗日定理得，其中。 由且，由夹逼定理知而 ,故 .例46 求.分析 这题虽然是“型，但直接用洛必达法则或等价量替代，都不能求出结果。然而从被求的式子构成形式,启发我们用微分中值定理解原式 .注：由于介于之间,当时,，根据夹逼定理知例47 。解原式 .注:此题也可用微分中值定理去求。第三节 数

38、列极限3。1 数列极限内容网络图两个子列极限存在但不相等数列极限数列极限的定义用定义证明数列极限的方法直接证法间接证法收敛数列的性质唯一性有界性不等式保号性四则运算判断数列收敛的准则夹逼定理单调有界定理判断数列发散的准则有一个子列发散数列无界重要的数列极限(k0常数)（|q|0常数)3.2 内容提要与释疑解难一、数列极限的概念定义 设an是一个数列，a是一个确定的常数,若对任意给定的正数，总存在一个自然数N，使得nN时，都有,则称数列an的极限是a，或者说数列an收敛于a，记作。注意：1。 的任意性，的作用在于衡量an与a的接近程度,从而限制小于某一个正常数，不影响衡量an与a接近的程度，但不

39、能限制大于某一个正常数，定义中的可用2、或2等本质上是任意的正常数来替代，同样也可把“N，有,则N+1,N+2，同样也符合要求。此外，nN中的N只是下标的一个界线，要求n是自然数，故N可以是实数，而且nN也可改成nN。3。几何意义：，表明a的任何给定的邻域中都含有数列an中除了有限项以外的全有项.二、收敛数列的性质性质1 （唯一性）若数列an极限存在，则极限值是唯一的.性质2 改变数列的有限项，不改变数列的收敛性与极限。有了性质2，对于判定数列敛散性的定理中要求从第一项就具有某种性质的条件可减弱为从某一项开始具有该性质，结论依然成立。性质3(有界性)数列an收敛，则an为有界数列，即存在某正常

40、数M，使得对一切正整数n，都有。推论 若数列an无界,则数列an发散。该推论是判断数列an发散的一个简单有效的办法.性质4 设,且 ab，则存在N0，当nN0时（即n充分大时),都有anbn。推论（保号性），若,则对于满足0a（a0(anbn，也不能保证ab.例如 ,，anbn（n=1，2，），但，,而0=0.性质6 数列an收敛的充要条件是：数列an的任何一个子数列都收敛且极限相等。逆否定理 若数列an有两个子数列极限存在不相等或有一个子数列极限不存在，则数列an发散。该定理是判断数列an发散的一个重要方法。性质7 （数列极限的四则运算）若，,则数列anbn，anbn，（b0）的极限都存在，

41、且（1）； （2);特别地，当k为常数时，有；(3）.注意:数列极限的四则运算前提是两个数列极限都存在，并可把数列极限推广到有限项极限的四则运算，但数列极限的运算法则不能推广到无限项。例 。3.3 解题方法与技巧一、求数列极限的方法1。利用数列极限定义证明数列极限存在要证，即证明，当nN时，都有.由定义可知，nN是成立的充分条件，从而有（1）直接证法（充要条件），找出使成立的充要条件（当然也是充分条件)，即和中学解一般不等式的方法相同，由。例1 证明 （|qN时，都有,所以。2利用重要数列极限和极限四则运算求极限例3 求其中a0，a1，am,b0，b1,，bk均为常数且a00，b00。解 原式

42、这个例子表明当分子最高次幂小于分母最高次幂时，分式极限为零;当分子最高次幂等于分母最高次幂时,分式极限就是分子、分母最高次幂的系数之比;当分子最高次幂大于分母最高次幂时，分式的极限为,以后该例题的结果可以作为结论用，同理可证对分子、分母的每一项幂指数是正数时结果仍成立，例如.例4 求 .解 原式 =3. 利用夹逼定理求极限夹逼定理 设an，bn为收敛数列，且，若存在N0，当nN0时，都有，则数列cn收敛，且.夹逼定理适合数列的项有多项相加或相乘式时,有无穷项相加或相乘，且不能化简,不能利用极限的四则运算，此时可尝试用夹逼定理.夹逼定理不仅能证明数列极限并可求出极限的值.例5 求极限 ，其中a1

43、,a2，,am均为正常数解 不妨设，由于，且，由夹逼定理知.。例6 求 解 由 且（1a0且为常数），根据夹逼定理知例7 求解 设，由于且根据夹逼定理知例8 求解 由于,所以 ,即 ，且，由夹逼定理知例9 ，当n3时，求。解法一 由条件知un递增,知从而 ， 得 且,根据夹逼定理知解法二 由条件知un0,显然un递增,知递减,且,由单调有界定理知收敛，设,有. 若不然, 有,又 ，得=0,与相矛盾，故假设不成立，所以.例10 求.解 设，由在和式中，。，令知且在上连续必可积。而是在上，把区间0，1等分，取每个小区间左端点得到的和式，由定积分定义知 ，且，根据夹逼定理知。例11 求.解法一 由,

44、且0=0，=0，根据夹逼定理知 =0。解法二 由=,其中，而，知为有界量，又,根据夹逼定理知。从而原式（有界量乘以无穷小量仍是无穷小量）。4利用单调有界定理证明数列递增（递减）有上界（下界)，则数列收敛，即单调有界数列有极限。单调有界定理适合数列的项用递推关系式给出的数列。单调有界定理仅能证明数列极限存在，至于数列极限的值是多少只能用别的方法去解决.例12 设为常数,证明极限存在，并求。分析 由于，容易观察出是递增的，并可用数学归纳法证明。关键是证明它有上界，哪一个数是的上界呢？我们观察不出来。由于是递增的，所以,若极限存在，则极限值一定是它的一个上界，若有极限,设=,由于，令，有，两边平方得

45、，解得.由题意知,所以，由于太复杂，我们对它作适当放大,有，则必有.证 显然，我们先证递增的，即。由于，即时不等式成立.假设时，成立。当时，由，,即时不等式也成立,由数学归纳法知，知递增.再证有上界，用数学归纳法证明：由,假设时，,当时， 。即时也成立，由数学归纳法知对一切，都有。根据单调有界定理知收敛。设，令，有，解得，知,知，由条件知。知。在上题证明了数列有界时，我们也可用下面方法证。我们已经证明了严格递增，即，故.从而有上界.注：在求由递推关系式给出数列的极限时，一定要先证明数列极限存在，再求极限，否则就犯了逻辑性错误.例如 数列是发散的。如果我们不去判断它的收敛性，直接求极限会怎么样呢

46、？设，设，令，于是。这里犯错误的原因是没有证明的极限是否存在，便假设。在错误的假设下，当然推出错误的结论。因此，一定要证明收敛后，再设。例13 设,()证明存在，并计算此极限。分析 由于，且，所以要判断是否单调，关键是判断分式的分子中与1之间的大小，即与1之间的大小。若收敛,设，对，令有解得a=1，若，则。即递减，若，则递增。证 由于,所以有下界，而。知递减。由单调有界定理知，收敛，设，对，令有。例14 设。求。解 设，由不等式，又递减有下界,故收敛。设，由于令，由前面不等式性质知.知。例15 设.解 设由极限的不等式性质知，存在,知递减且.由单调有界定理知收敛，设，由令，有,化简有例16 设

47、收敛于方程的正根.证（i) 若假设时，时,，两边开二次方根有，即时，不等式成立，由数学归纳法知递减且,根据单调有界定理知收敛。（ii）假设时，成立,当时,，有，即时，成立。由数学归纳法知递增。下面再证有上界,由。即有上界,故收敛。设收敛于的正根.例17 证明收敛.解 由于，知递增,又 。知有界，由单调有界定理知收敛。注：1. 此数列虽然我们证明它收敛，但此极限值用上述的方法就求不出来.用其它方法也不好求。2. 在证明此数列有界的过程中,用到了不等式当时，.4利用函数极限求数列极限.由数列中的通项是的表达式，即而是特殊与一般的关系，由归纳原则知. （1）反之不一定。从而，当求极限时，若的极限属于

48、未定式时，对数列极限当然不能用洛比达法则，因为作为函数在图象上是离散的点，既不连续，更不可导，但我们可用结论（1），转化为函数极限,对于求函数极限,便可以利用洛必达法则去求，当然也利用求函数极限的其它方法。例18 求。解 原式=。例19 求。解法一 原式.解法二 原式。注：在解法二中利用了函数的重要极限.5利用级数的收敛，求数列极限或证明数列收敛。（此种方法对数学一、三要求,对数学二、四不要求)（1）若收敛，则。例20 求解 对于一般级数,，由，知绝对收敛，因此。例21 求.解 由为正项级数，设，知收敛，因此，。（2）收敛由于前n项和为，因此的收敛性等价于的收敛性。若收敛，则 。例22 设，求

49、，其中。分析 由题设条件可看出 具有递归规律,因此，可考虑用级数求和方法来解。解 由, 得.于是.6利用等价量替换来求数列极限。由于在求函数极限时,可对分式分子、分母中的复杂因式用简单的等价量来替换。而数列也是特殊的函数,故在求数列极限时，也可用等价量替换.例23 已知为常数，求。解 ,利用 有原式，知解得7利用和式极限化为定积分求数列极限。例24 求。解 原式= = .注：因为 是广义积分，是瑕点,所以下限代入原函数是指原函数在处的极限。二、判断数列极限不存在的方法1若数列an有两个子数列极限存在但不相等，则an发散例25 判断数列的收敛性解 取.得子数列,，取n=8k,得子数列，由，知数列发散。2若数列an无界，则数列an发散例26 判断数列的收敛性。解 设,有，知，从而an无界,故an无界25