高等数学等价无穷小替换

发布时间:2016-10-08   来源:文档文库   
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无穷小 极限的简单计算
【教学目的】
1理解无穷小与无穷大的概念; 2掌握无穷小的性质与比较 会用等价无穷小求极限; 3不同类型的未定式的不同解法。 【教学内容】
1无穷小与无穷大; 2无穷小的比较;

3几个常用的等价无穷小 等价无穷小替换; 4求极限的方法。 【重点难点】
重点是掌握无穷小的性质与比较 用等价无穷小求极限。 难点是未定式的极限的求法。
【教学设计】首先介绍无穷小和无穷大的概念和性质(30分钟),在理解无穷小与无穷大的概念和性质的基础上,让学生重点掌握用等价无穷小求极限的方法20分钟)。最后归纳总结求极限的常用方法和技巧(25分钟),课堂练习(15分钟)
【授课内容】
一、无穷小与无穷大
1.定义
前面我们研究了n数列xn的极限、xx函数fxx的极限、xx0xx0xx0)函数f(x的极限这七种趋近方式。下面我们用
x*表示上述七种的某一种趋近方式,即
nxxxxx0xx0xx0
定义:当在给定的x*下,f(x以零为极限,则称f(xx*下的穷小,即limfx0
x例如, limsinx0, 函数sinx是当x0时的无穷小.
x0lim110, 函数是当x时的无穷小. xxx(1n(1nlim0, 数列{}是当n时的无穷小. nnn注意不能把无穷小与很小的数混淆;零是可以作为无穷小的唯一的数,任何非零常量都不是无穷小。

定义: 当在给定的x*下,fx无限增大,则称fxx*下的都是无穷大量, 穷大,即limfx。显然,n时,nn2n3x【注意】不能把无穷大与很大的数混淆;无穷大是极限不存在的情形之一。无穷小与无穷大是相对的,在不同的极限形式下,同一个函数可能是无穷小也可能是无穷大,如
limex0 limex
xx所以exx时为无穷小,当x 时为无穷大。
2.无穷小与无穷大的关系:在自变量的同一变化过程中,如果fx为无穷大,
11为无穷小;反之,如果fx为无穷小,且fx0,则为无穷大。 fxfx小结:无穷大量、无穷小量的概念是反映变量的变化趋势,因此任何常量都不是无穷大量,任何非零常量都不是无穷小,谈及无穷大量、无穷小量之时,首先应给出自变量的变化趋势。
3.无穷小与函数极限的关系: 定理1 limf(xxxx0Af(xA(x,其中(x自变量在同一变化过xx0(或x)中的无穷小.
证:必要性)limf(xxx0A,(xf(xA,则有lim(xxx00,
f(xA(x.
(充分性)f(xxA(x,其中(x是当xxx0x0时的无穷小,则
limf(xx0xlim(A(x Alim(x A.
x0意义
1)将一般极限问题转化为特殊极限问题(无穷小;
2给出了函数f(xx0附近的近似表达式f(x3.无穷小的运算性质
定理2 在同一过程中,有限个无穷小的代数和仍是无穷小. 注意无穷多个无穷小的代数和未必是无穷小.
1 n1之和为1不是无穷小. 例如,n,是无穷小,nnA,误差为(x.
定理3 有界函数与无穷小的乘积是无穷小.

lim(1n1110limxsin0limsinx0 nx0xxnx推论1 在同一过程中,有极限的变量与无穷小的乘积是无穷小. 推论2 常数与无穷小的乘积是无穷小. 推论3 有限个无穷小的乘积也是无穷小.
二、无穷小的比较
例如,x10,x,x2,sinx,x2sin都是无穷小,观察各极限:
xx2lim0,x23x要快得多; x03xsinx1,sinxx大致相同;
x0x1x2sinxlimsin1不存在.不可比.
limx0x0xx2极限不同, 反映了趋向于零的快慢程度不同.
lim1定义: ,是自变量在同一变化过程中的两个无穷小,且0.
0,就说是比高阶的无穷小,记作o(; (2如果limC(C0,就说是同阶的无穷小;
特殊地如果lim1,则称是等价的无穷小,记作~;
(3如果limkC(C0,k0,就说k阶的无穷小.
(1如果lim1 证明:x0,4xtan3xx的四阶无穷小.
tanx34xtan3x4lim(4,故当x0,4xtan3xx的四阶无穷小. 证:lim4x0x0xx2 x0,tanxsinx关于x的阶数. limtanxsinxtanx1cosx1lim(,tanxsinxx的三阶无穷小.
x0x0x3xx222.常用等价无穷小:x0,
1sinxx 2arcsinxx 3tanxx 4arctanxx 5ln(1xx 6ex1x

x271cosx 8(1x1x 9ax21lnax
用等价无穷小可给出函数的近似表达式:
lim1,lim0,o(,于是有o(.
例如sinxxo(x,cosx13.等价无穷小替换
12xo(x2.
2定理:~,~lim证:lim存在,limlim. lim(limlimlimlim.
2ex1tan22x. 2lim3 1lim x0cosx1x01cosx1: 1x0,1cosx~x2,tan2x~2x. 故原极限2(2x2lim= 8 x012x2x22)原极限=limx0x22=1
24 limtanxsinx.
x0sin32xxx=0
x0(2x3错解: x0,tanx~x,sinx~x.原式lim正解: x0,sin2x~2x,tanxsinxtanx(1cosx~13x12.
limx0(2x31613x,
2
故原极限注意和、差形式一般不能进行等价无穷小替换,只有因子乘积形式才可以进行等价无穷小替换。
tan5xcosx1. 5 limx0sin3x1: tanx5xo(x,sin3x3xo(x,1cosxx2o(x2.
2
5x
原式
lim
x
0o(x1o(x21225xo(xxo(xx2x5. 2limx0o(x33xo(x3x三、极限的简单计算
1. 代入法:直接将xx0x0代入所求极限的函数中去,若fx0存在,2x53x42x12;若fx0不存在,我们也能知道属即为其极限,例如limx193x32x4x29于哪种未定式,便于我们选择不同的方法。例如,lim就代不进去了,但x3x3我们看出了这是一个0型未定式,我们可以用以下的方法来求解。
02. 分解因式,消去零因子法
x29limx36 例如,limx3x3x33. 分子(分母)有理化法 例如,limx2532x15x2limx2x2532x12x15
52x15x532x532x24 lim
x22x4 limx2x2 x22x21x1x2 2 又如,limxx21xlimx0
4. 化无穷大为无穷小法
3x2例如,lim2x2xx7x43xlim
21x1x7x24x23实际上就是分子分母同时除以x22这个无穷大量。由此不难得出

a0nmba0xma1xm1am0lim0nm xbxnbxn1b01nnm
1xx21limx又如,limx1x(分子分母同除x 121x212n5nn55再如,limn(分子分母同除 lim1nn35nn315n5. 利用无穷小量性质、等价无穷小量替换求极限
xarctanx10例如,lim(无穷小量乘以有界量) x3x2x14x1. 又如,lim2x1x2x3解:lim(x22x30,商的法则不能用
x1x22x300. lim(4x130,limx1x14x134x1.
x1x22x3再如,等价无穷小量替换求极限的例子见本节例3—例5
由无穷小与无穷大的关系,lim6. 利用两个重要极限求极限(例题参见§1.43—例5 7. 分段函数、复合函数求极限
1x,x0例如,f(x2,limf(x.
x0x1,x0: x0是函数的分段点,两个单侧极限为
x0limf(xlim(1x1,limf(xlim(x211,
x0x0x0左右极限存在且相等, limf(x1.
x0【启发与讨论】 思考题1x0,y11sin是无界变量吗?是无穷大吗? xx

解:(1x012k2(k0,1,2,3,
, k充分大时,y(x0M.无界, 21(2x0(k0,1,2,3,

2kk充分大时,xk, y(xk2ksin2k 0M.不是无穷大.
y(x02k结论:无穷大是一种特殊的无界变量,但是无界变量未必是无穷大.
思考题2f(x0,且limf(xA,问:能否保证有A0的结论?试举例x说明.
. f(x1 x0,
xf(x10 limf(x
xx1A0. xx思考题3任何两个无穷小量都可以比较吗?
1sinx解:不能.例如当xf(x,g(x都是无穷小量
xxlimlim.
【课堂练习】求下列函数的极限
excosx1lim
x0xexcosxex11cosxlimlim1 解:原极限=limx0x0x0xxxxg(xlimsinx不存在且不为无穷大,故当xf(xg(x不能比f(xx
1x 2)求limx0(1cosxln(1x3sinxx2cos0分析 ”型,拆项。
011223sinxxcos3sinxxcos3x=limx= 解:原极限=limx02x2x2x02x5x54x43x23lim 5x2x4x1分析“抓大头法”,用于
5x5lim2x5x5
25433xx=5,或原极限解:原极限=limx244152xx4lim(x2xx
x分析分子有理化 解:原极限=limxx2xxx=limx1=
11x121x21 5lim(2x2x4x2分析型,是不定型,四则运算法则无法应用,需先通分,后计算。
x13x2x2x21=limlimlim(2==
x2x4x2x2x2x2x2446limx2x932x0
分析子。
0”型,是不定型,四则运算法则失效,使用分母有理化消零因0x2:原极限=lim7lim(nx0x293=6
2
x
12n. 222nnn
: n,是无穷小之和.先变形再求极限.
1n(n112n12n1112lim(222limlim(1. lim2nnnnnnnn22n2n【内容小结】
一、无穷小(大)的概念
无穷小与无穷大是相对于过程而言的. 1、主要内容: 两个定义;四个定理;三个推论. 2、几点注意:
(1 无穷小( 大)是变量,不能与很小(大)的数混淆,零是唯一的无穷小的数;
2 无穷多个无穷小的代数和(乘积)未必是无穷小. 3 无界变量未必是无穷大. 二、无穷小的比较:
1.反映了同一过程中, 两无穷小趋于零的速度快慢, 但并不是所有的无穷小都可进行比较。高(阶无穷小; 等价无穷小; 无穷小的阶。
2.等价无穷小的替换:
求极限的又一种方法, 注意适用条件.
三、极限求法(不同类型的未定式的不同解法);
a.多项式与分式函数代入法求极限; b.消去零因子法求极限; c.无穷小因子分出法求极限; d.利用无穷小运算性质求极限; e.利用左右极限求分段函数极限.

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/5a119d7fe53a580217fcfe0e.html

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