定义1: 设 f f f为定义在 [ a , + ∞ ) [a,+\infty) [a,+∞)上的函数, A A A为定数。若对任给定的 ϵ > 0 \epsilon>0 ϵ>0,存在正数 M ( ≥ a ) M(\ge a) M(≥a),使得当 x > M x>M x>M时有:
∣ f ( x ) − A ∣ < ϵ |f(x)-A|<\epsilon ∣f(x)−A∣<ϵ
则称函数 f f f当 x x x趋于 + ∞ +\infty +∞时以 A A A为极限,记作:
lim x → ∞ f ( x ) = A \lim\limits_{x\to\infty}f(x)=A x→∞limf(x)=A 或 f ( x ) → A ( x → + ∞ ) f(x)\to A(x\to +\infty) f(x)→A(x→+∞)
这里 M M M用于表示 x x x充分大的程度。当 x → + ∞ x\to+\infty x→+∞时函数 f f f以 A A A为极限意味着: A A A的任意小邻域内必含有 f f f在 + ∞ +\infty +∞的某邻域内的全部函数值。
设 f f f为定义在点 x 0 x_0 x0的某个空心邻域 U ∘ ( x 0 ) U^\circ(x_0) U∘(x0)内的函数。现讨论当 x x x趋于 x 0 ( x ≠ x 0 ) x_0(x\ne x_0) x0(x=x0)时,对应的函数值能否趋于某个定数 A A A。这类函数极限的精确定义如下:
定义2(函数极限的 ϵ − δ \epsilon-\delta ϵ−δ定义): 设函数 f f f在点 x 0 x_0 x0的某个空心邻域 U ∘ ( x 0 ; δ ′ ) U^\circ(x_0;\delta') U∘(x0;δ′)内有定义, A A A为定数。若对任意的 ϵ > 0 \epsilon>0 ϵ>0,存在正数 δ ( < δ ′ ) \delta(<\delta') δ(<δ′),使得当 0 < ∣ x − x 0 ∣ < δ 0<|x-x_0|<\delta 0<∣x−x0∣<δ时有:
∣ f ( x ) − A ∣ < ϵ |f(x)-A|<\epsilon ∣f(x)−A∣<ϵ
则称函数 f f f当 x x x趋于 x 0 x_0 x0时以 A A A为极限,记作
lim x → x 0 f ( x ) = A \lim\limits_{x\to x_0}f(x)=A x→x0limf(x)=A 或 f ( x ) → A ( x → x 0 ) f(x)\to A(x\to x_0) f(x)→A(x→x0)
注:
定义3: 设函数 f f f在 U + ∘ ( x 0 ; δ ′ ) U^\circ_+(x_0;\delta') U+∘(x0;δ′)或 U − ∘ ( x 0 ; δ ′ ) U^\circ_-(x_0;\delta') U−∘(x0;δ′)内有定义, A A A为定数。若对任给的 ϵ > 0 \epsilon>0 ϵ>0,存在正数 δ ( < δ ′ ) \delta(<\delta') δ(<δ′),使当 x 0 < x < x 0 + δ x_0
∣ f ( x ) − A ∣ < ϵ |f(x)-A|<\epsilon ∣f(x)−A∣<ϵ
则称数 A A A为函数 f f f当 x x x趋于 x 0 + x_0^+ x0+(或 x 0 − x_0^- x0−)时的右(左)极限,记作:
lim x → x 0 + f ( x ) = A ( lim x → x 0 − f ( x ) = A ) \lim\limits_{x\to x_0^+}f(x)=A(\lim\limits_{x\to x_0^-}f(x)=A) x→x0+limf(x)=A(x→x0−limf(x)=A)
或:
f ( x ) → A ( x → x 0 + ) ( f ( x ) → A ( x → x 0 − ) f(x)\to A(x\to x_0^+)(f(x)\to A(x\to x_0^-) f(x)→A(x→x0+)(f(x)→A(x→x0−)
右极限与左极限统称为单侧极限。 f f f在点 x 0 x_0 x0的右极限与左极限又分别记为:
f ( x 0 + 0 ) = lim x → x 0 + f ( x ) f(x_0+0)=\lim\limits_{x\to x_0^+}f(x) f(x0+0)=x→x0+limf(x) 与 f ( x 0 − 0 ) = lim x → x 0 − f ( x ) f(x_0-0)=\lim\limits_{x\to x_0^-}f(x) f(x0−0)=x→x0−limf(x)
定理3.1:
lim x → x 0 f ( x ) = A ⟺ lim x → x 0 + f ( x ) = lim x → x 0 − f ( x ) = A \lim\limits_{x\to x_0}f(x)=A\iff\lim\limits_{x\to x_0^+}f(x)=\lim\limits_{x\to x_0^-}f(x)=A x→x0limf(x)=A⟺x→x0+limf(x)=x→x0−limf(x)=A
定理3.2(唯一性):
若极限 lim x → x 0 f ( x ) \lim\limits_{x\to x_0}f(x) x→x0limf(x)存在,则此极限是唯一的。
定理3.3(局部有界性):
若 lim x → x 0 f ( x ) \lim\limits_{x\to x_0}f(x) x→x0limf(x)存在,则 f f f在 x 0 x_0 x0的某空心邻域 U ∘ ( x 0 ) U^\circ(x_0) U∘(x0)内有界。
定理3.4(局部保号性):
若 lim x → x 0 f ( x ) = A > 0 \lim\limits_{x\to x_0}f(x)=A>0 x→x0limf(x)=A>0(或 < 0 <0 <0),则对任何正数 r < A rr<A(或 r < − A r<-A r<−A),存在 U ∘ ( x 0 ) U^\circ(x_0) U∘(x0),使得对一切 x ∈ U ∘ ( x 0 ) x\in U^\circ(x_0) x∈U∘(x0)有
f ( x ) > r > 0 f(x)>r>0 f(x)>r>0 (或 f ( x ) < − r < 0 f(x)<-r<0 f(x)<−r<0)
待补充 61