1.3 Bolzano定理与Cauchy收敛准则P40 Ex1.3 5,6(1)(3),9四、Cauchy收敛准则1.Cauchy列的概念(Cauchy列又称为基本列)定义:设是一个数列,若对于任意的,总存在正整数,当时,有成立,则称是一个Cauchy列例如,当时,就是一个Cauchy列因为(不妨假设),且,所以对任意的,总存在正整数,当时,有成立2.Cauchy收敛准则定理:收敛是Cauchy列证明:必要性易证 充分性证明证明过程为:“Cauchy列”“有界列”“收敛子列”“收敛”,只证最后一步 任给,由于是一个Cauchy列,所以存在正整数,当时,有;又因为,所以存在正整数,当时,有取,则当时,有3.Cauchy收敛准则的反面---数列发散的充要条件 发散存在,对任意的,总存在,使得例:(1)证明存在2)证明不存在3)若数列满足,证明存在单调有界”“是Cauchy列”,由可知也是Cauchy列Note:例(3)说明有界变差数列收敛,此结论反之不然例如数列收敛,但并不是有界变差数列,因为无界1.4 函数极限与连续函数的性质P60 Ex1.4 7(1)(4)(7),9,11一、函数极限1.函数极限的严格定义定义:,当时,有。
关于极限定义要注意:(1);(2)与的关系;(3)与及的关系 另外,还要注意:(1)的严格描述;(2)函数极限的性质(极限值的唯一性、极限存在函数的局部有界型、极限的保序性、函数极限的四则运算)例:利用极限定义证明下列极限(1); (2);(3)若,则2.复合函数的极限定理:若,,且时,,则证明:,由于,所以,当时,; 对于上述,因为,且时,,所以,当时,有3.函数极限的单调有界收敛定理定理:若函数在的左侧附近单调增加(减少)且有上(下)界,则在的左极限存在;若函数在的右侧附近单调减少(增加)且有上(下)界,则在的右极限存在4.函数极限与数列极限的关系定理:,都有证明:必要性证明:复合函数极限的特殊情形充分性证明:反证法满足,但特别地,取,得到满足,但例:(1)证明极限不存在;(2)设函数证明在无理点处的极限为零Note:两个整数互素(互质)指的是它们之间除了之外没有其它公共约数证明:设是一个无理数,只要证明对任意的,都有便可取为无理数,则;取为有理数,且设对于任意的,由于,即的只有有限个,所以存在,当时,有,故综上所述,得证Note:同样可以证明函数在有理点处的极限也为零,进一步可以得到此函数在无理点处连续,在非零有理点处间断。
Note:利用上述例题证明中的结论,可知Riemann函数在任意点的极限都不存在5.函数极限的Cauchy收敛准则定理:存在,,当,时,有证明:必要性证明:利用极限定义及充分性证明:利用函数极限与数列极限的关系、及数列极限的Cauchy收敛准则 设是满足的任意数列先证数列是一个Cauchy列,进而证明),根据条件可知,,当,时,有对于上述,由于,所以存在,当时,有,,从而这说明数列是一个Cauchy列记,则对于上述,存在,当时,有取,则,,所以当时,有,故Note:不存在的Cauchy准则:,对,,满足,,但例:利用Cauchy准则说明极限不存在取,对,取,则,且”Note:说明极限存在不妨设 ,,取,则当,时,例:证明L’Hospital法则:设函数满足:(1)在点附近可导,且;(2),则Note:注意定理中只要求;证明过程中只用到极限定义和Cauchy微分中定理证明:先证的情形任给,因为,所以存在,当时,有 ,且 取,则又因为,所以存在,当时,有 取 ,则当时,有Note1:的情形类似证明Note2:地情形,利用下述不等式证得:。