兩個重要的極限
第乙個:
lim(sinx/x),在x趨向於0的時候,其值為1。
第二個:
lim(1+1/x)^x,在x趨向於正無窮的時候,其值為e。
夾逼準則
如果函式a(x),b(x),c(x)
滿足:a(x)<=b(x)<=c(x)
在x趨向於x0
或者x趨向於無窮大
此時a(x)和c(x)都有極限,並且極限都是a,那麼又因為:a(x)<=b(x)<=c(x)
此時推導出b(x)在
x趨向於x0
或者x趨向於無窮大
時的極限也是a。
下面來證明第乙個重要的極限:
lim(sinx/x)在x趨向於0的時候,極限值為1。
如圖所示:
上圖為四分之一圓,圓的半徑為1。
如果角aob為x,單位為弧度。
sinx=cb
x=弧ab,這裡要知道弧長計算公式了,等於半徑*扇形的弧度,
tanx=ad/oa=ad,這裡的oa=半徑=1
由圖可以可得:
sinx<=x<=tanx
x<=tanx見下圖,而弧ab>ab>sinx是由圖顯而易見的。
不等式兩邊同時除以sinx得到:
1<=x/sinx<=tanx/sinx
也就是:
1<=x/sinx<=1/cosx
這個距離我們的sinx/x的極限還是有一定距離:
我們將等式全部倒數得到:
cosx<=sinx/x<=1
如果我們能夠推導出cosx的極限在x趨向於0的時候,是1,那麼根據夾逼準則可以推導出:sinx/x,在x趨向於0的時候的極限也是1。
ok,問題轉化成了,求cosx的在x->0的極限。
在0到pi/2區間內:
0<=|cosx-1|=1-cosx=2[sin(x/2)]^2
根據上面的圖形知道,x在0到pi/2區間,sinx<=x<=tanx
而x/2,則進一步的縮小了區間,此時在0到pi/4區間了,則有sin(x/2)<=x/2<=tan(x/2)
此時:0<=|cosx-1|=1-cosx=2[sin(x/2)]^2 <=2*(x/2)(x/2)=xx/2
當x趨向0的時候,x*x/2的極限為0
所以從而得到:cosx在x趨向0的時候,極限為1。
cosx<=sinx/x<=1
所以,得到sinx/x在x趨向0的時候,極限為1。
準則二:
單調有界數列必有極限。
證明略。在高等數學,同濟大學版中,證明略,只給出了幾何解釋。
第二個重要的極限
lim(1+1/x)^x,在x趨向於正無窮的時候,其值為e。
證明,分為兩步。
如果考慮正整數的情況。
xn = (1+1/n)^n
1)根據牛頓的二項展開式,我們分別展開xn和xn+1的情況,可以得到xn+1是大於xn的。說明是單調遞增的。
2)然後證明其是有界的
比如將xn=(1+1/n)^n展開:
由於1-1/n是小於1的,而(1-1/n)(1-2/n)<1*1
以此類推:
就小於
此時說明,數量xn是有界的,ok,也就說明lim(1+1/x)^x,在x趨向於正無窮的時候,是有極限的,通常用字母e表示。
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