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1.函数、极限与连续

1.邻域

\[ U(a,\delta)=\{x|a-\delta<x<a+\delta\}=\{x||x-a|<\delta\} \]

其中a为邻域中心,\(\delta\)为半径

\(\mathring{U}(a,\delta)\)为去心邻域,即x不等于a

2.反函数

(1)如何计算一个函数的反函数:

若有\(y=f(x)\),则其反函数记为\(y=f^{-1}(x)\),将x与y互换位置并求解y 即为其反函数。

(2)反函数的性质:

1函数的定义域即为其反函数的值域;同样,函数的值域即为其反函数的定义域

2单调性不变

3.复合函数

(1)奇偶性质:

  • 奇函数与奇函数复合为奇函数

  • 奇函数与偶函数复合为偶函数

  • 偶函数与偶函数复合为偶函数

  • \(f(x)=\frac{1}{2}[f(x)-f(-x)]+\frac{1}{2}[f(x)+f(-x)]\)(可以看为一个奇函数和一个偶函数的和)

4.极限

(1)定义:

  • 数列的极限:\(\lim\limits_{n\to\infty}x_n=a:\forall\epsilon>0,\exists N>0,while\ n>N,|x_n-a|<\epsilon\)

  • 函数的极限:\(\lim\limits_{n\to x_0}f(x)=A:\forall\epsilon>0,\exists\delta>0,while\ 0<|x-x_0|<\delta,|f(x)-A|<\epsilon\)

(2)性质:

  • 极限存在必唯一

    • \(\lim\limits_{n\to\infty}x_n=a\Leftrightarrow\lim\limits_{n\to\infty}x_{2n}=\lim\limits_{n\to\infty}x_{2n-1}=a\)

    • \(\lim\limits_{x\to x_0}f(x)=A\Leftrightarrow\lim\limits_{x\to x_0^+}f(x)=\lim\limits_{x\to x_0^-}f(x)=A\)

  • \(\lim\limits_{x\to\cdot}f(x)=A(\exists)\)\(f(x)\)\(x\to\cdot\)的过程中处处有定义。只要有一个点是无定义点,此极限就不存在。

  • \(\lim\limits_{x\to x_0}f(x)=A\Leftrightarrow f(x)-A=a(x),\lim\limits_{x\to x_0}a(x)=0\)

  • 如果\(f(x)\)单调递减(递加)并且有下界(上界),则\(\lim\limits_{x\to\infty}f(x)\)必存在

  • 局部保号性:假设\(\lim\limits_{x\to x_0}f(x)=A\neq0\),则存在一个去心邻域,在此邻域内\(f(x)\)\(A\)同号

  • 局部有界性:假设\(\lim\limits_{x\to x_0}f(x)=A\),则存在\(M>0\),当\(x\to x_0\)时,\(|f(x)|=M\)

(3)计算:

  • 思路:优先提取能够计算出来的因子;对分式化成倒三角形;三角代换和倒代换

  • 四则运算法则:同趋向下,可加减乘除、数乘。

  • 有界函数与无穷小的乘积是无穷小。有限个无穷小的和、积均是无穷小。

  • 几个重要的极限

  • 利用等价无穷小进行替换乘除因子。以下常用的等价无穷小\(x\to0\)

  • 洛必达法则,只有在计算后的极限存在才可用。

  • 泰勒公式。

  • \(\lim\limits_{n\to\infty}\frac{1}{n}\sum\limits_{i=1}^n f(\frac{i}{n})=\int_0^1f(x)dx\ \ \ (\frac{i}{n}换成了x)\)

  • 夹逼准则,除了下述的两条,还需灵活运用。

(4)计算极限时常见的形式:

  • 常见形式

5.连续

(1)定义:

  • 满足\(\lim\limits_{x\to x_0}f(x)=f(x_0)\)则称\(f(x)\)在点\(x_0\)连续

  • 满足\(\lim\limits_{x\to x_0^-}f(x)=f(x_0)\)则称\(f(x)\)在点\(x_0\)左连续

  • 满足\(\lim\limits_{x\to x_0^+}f(x)=f(x_0)\)则称\(f(x)\)在点\(x_0\)右连续

(2)性质:

  • 连续函数的和差积商仍为连续函数

  • \(f(x)在[a,b]上连续,则:\)

    • \(f(x)在[a,b]上有界\)

    • \(f(x)在[a,b]上有最大值、最小值\)

    • \(m\leq\mu\leq M,则至少存在一点\xi\in[a,b],使f(\xi)=\mu\)

    • \(f(a)f(b)<0,则至少存在一点\xi\in[a,b],使f(\xi)=0\)

(3)间断:

  • 不满足\(\underbrace{\lim\limits_{x\to x_0^+}f(x)}_a=\underbrace{\lim\limits_{x\to x_0^-}f(x)}_b=\underbrace{f(x_0)}_c\),这些点出现在无定义点、分段函数的分段点

    • 1.\(a\neq b:跳跃间断点\)

    • 2.\(a=b\neq c\ or\ f(x_0)无定义:可去间断点\)

    • 3.\(a=\infty\ or\ b=\infty:无穷间断点\)

    • 4.\(a\ or\ b\ 振荡:振荡间断点\)

    (1、2为第一类间断点,3、4为第二类间断点)

(4)反函数与复合函数的连续性:

  • 反函数的单调性及连续性均不变

  • \(设函数y=f[g(x)]由函数u=g(x)与函数y=f(u)复合而成,\mathring{U}(x_0)\subset D_{f\circ g}.\ 若\lim\limits_{x\to x_0}g(x)=u_0,而函数y=f(u)在u=u_0连续,则\)

\[ \lim\limits_{x\to x_0}f[g(x)]=\lim\limits_{u\to u_0}f(u)=f(u_0) \]
  • \(设函数y=f[g(x)]由函数u=g(x)与函数y=f(u)复合而成,\mathring{U}(x_0)\subset D_{f\circ g}.\ 若函数u=g(x)在x=x_0连续,且g(x_0)=u_0,\)

\(而函数y=f(u)在u=u_0连续,则y=f[g(x)]在x=x_0也连续\)

(5)初等函数的连续性:

  • 基本初等函数在它们的定义域内都是连续的