兩個很重要的極限和夾逼準則

2021-10-16 08:31:01 字數 1990 閱讀 3301

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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