本文最后更新于 2025年11月23日 凌晨
函数极限的概念与验证
1. 直观理解:趋近于的含义
函数极限描述的是:当自变量 x 无限接近(但不等于)某个值 a 时,函数值 f(x) 会稳定地接近一个确定的数值 L。
示例: f(x)=x+1
观察当 x 趋近于 2 时的变化:
- x=1.9⇒f(x)=2.9
- x=1.99⇒f(x)=2.99
- x=2.1⇒f(x)=3.1
- x=2.01⇒f(x)=3.01
我们得出结论:
x→2lim(x+1)=3
2. 核心思想与重要说明
关键要点
-
趋近但不等于
- 极限关注的是在 a 点附近的变化趋势
- 函数在 x=a 处可以没有定义
-
双侧一致性
- 要求从左侧和右侧趋近时,f(x) 都趋近于同一个值 L
3. 严格的数学定义:ϵ-δ 语言
正式定义:
设函数 f(x) 在点 a 的某个去心邻域内有定义。如果存在常数 L,使得对于任意给定的 ϵ>0,总存在 δ>0,使得当 x 满足:
0<∣x−a∣<δ
时,对应的函数值满足:
∣f(x)−L∣<ϵ
则称 L 是函数 f(x) 当 x→a 时的极限,记作:
x→alimf(x)=L
4. 单侧极限
- 右极限: x→a+limf(x)=L
- 左极限: x→a−limf(x)=L
极限存在的充要条件:
x→alimf(x)=L⟺x→a+limf(x)=L 且 x→a−limf(x)=L
5. 极限的验证方法
验证思路
要证明:x→x0limf(x)=L
需要证明:对于任意 ϵ>0,存在 δ>0,使得当 0<∣x−x0∣<δ 时,有 ∣f(x)−L∣<ϵ。
验证步骤
步骤一:明确命题
清楚地写出要证明的极限表达式。
步骤二:分析推导(寻找 δ)
- 建立目标:∣f(x)−L∣<ϵ
- 代数化简 ∣f(x)−L∣ 的表达式
- 通过放缩技巧,建立与 ∣x−x0∣ 的联系
- 解出 ∣x−x0∣<ϵ/M
- 确定 δ=min(1,ϵ/M)
步骤三:完整证明
函数极限的ε-δ证明
已知: 存在常数 M>0,使得在 x0 的某个去心邻域内有:
∣f(x)−L∣≤M∣x−x0∣
证明: x→x0limf(x)=L
证明过程:
对于任意 ϵ>0,取 δ=min(1,ϵ/M)
当 0<∣x−x0∣<δ 时:
∣f(x)−L∣=⋯≤⋯<M⋅δ≤M⋅(ϵ/M)=ϵ
故 ∣f(x)−L∣<ϵ,由极限定义知:
x→x0limf(x)=L