[数学学习笔记]无穷小的比较和等价无穷小

无穷小的比较

例:当x \to 0时,x,x^2,\sin x,x^2\sin \frac{1}{x}都是无穷小。(通过作差法或比值法比较无穷小量)

(1)\lim_{x \to 0}\frac{x^2}{3x} = 0,x^23x要快得多;

(2)\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x} = 1,sin x和x差不多;

(3)\lim_{x\to 0}\frac{x^2\sin \frac{1}{x}}{x^2} = \lim_{x \to 0} \sin \frac{1}{x}不存在,故两者不可比。

极限不同,表示这些无穷小趋于0的“快慢”程度不同。

定义:设\alpha ,\beta是同一过程中的两个无穷小

  1. 如果\lim_{ }\frac{\beta } {\alpha }= 0,那么说β是比α高阶的无穷小,记作\beta = o(\alpha );
  2. 如果\lim_{ }\frac{\beta } {\alpha }= C(C \neq 0),就说β和α是同阶的无穷小;特殊的\lim_{ }\frac{\beta } {\alpha }= 1,则称α和β是等价的无穷小,记作α~β;
  3. 如果\lim_{ }\frac{\beta } {\alpha }= \infty,就说β是比α的低阶的无穷小。

常用的等价无穷小

x \to 0时:(这里的x不仅仅代表一个狭义的变量,也可以是一个多项式)

\small \sin x \sim x,arcsin\ x \sim x,\tan x \sim x,arctan\ x \sim x,\ln(1+x) \sim x,e^x -1\sim x,1-\cos x \sim \frac{1}{2}x^2,\sqrt{1+x}-1 \sim \frac{1}{2}x

利用等价无穷小可以求得函数近似表达式:

\small \because \lim_{ } \frac{\beta }{\alpha } = 1 \therefore \lim_{ } \frac{\alpha -\beta }{\alpha } = 0,\alpha -\beta = o(\alpha )

于是\small \alpha =\beta +o(\alpha )

例如:\small \sin x = x + o(x),\cos x = 1-\frac{1}{2}x^2+o(x^2)

等价无穷小的传递性

设在某极限过程中,α ~ β,β ~ γ则α ~ γ。

定理告诉我们:

    在计算只含有乘、除法的极限的时候,无穷小量可以用其等价无穷小量代替计算。 

 

例题1:求:\small \lim_{x \to 0}\frac{\tan x - \sin x}{x^3};

解:当\small x \to 0时,tan x~x,sin x~x所以原式=\small \lim_{x \to 0} \frac{x-x}{x^3} = 0;

解:当\small x \to 0时,\small \because \tan x - \sin x = \tan x(1-cosx) \ \& \ \tan x \sim x,1-\cos x \sim \frac{1}{2}x^2\therefore原式 \small =\lim_{x \to 0}\frac{\frac{1}{2}x^3}{x^3} = \frac{1}{2}

例题2:求:\small \lim_{x \to 0} \frac{\tan^2 2x}{1-\cos x};

解:当 \small x \to 0时,\small \tan^2 2x \sim (2x)^2,1-\cos x \sim \frac{1}{2}x^2.所以 原式\small = \lim_{x\to 0}\frac{4x^2}{\frac{1}{2}x^2} = 8

例题3:求: \small \lim_{x \to 0}\frac{\ln{\sqrt{1+x}}+2\sin x}{\tan x};

解:当\small x \to 0时,\small \lim_{x \to 0}\frac{\ln{\sqrt{1+x}}+2\sin x}{\tan x} = \lim_{x \to 0}\frac{\frac{1}{2}x}{\tan x}+\lim_{x \to 0}\frac{2\sin x}{\tan x}=\frac{1}{2}+2=2\frac{1}{2}

例题4:求:\small \lim_{x\to \infty}x^2\ln({1+\frac{2}{x^3}});

解:当\small x \to 0时,\small \lim_{x\to \infty}x^2\ln({1+\frac{2}{x^3}}) = \lim_{x\to \infty}x^2\times \frac{2}{x^3}=\lim_{x\to \infty}\frac{2}{x} = 0

 

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