數學分析3.1函數極限概念練習題

2020-12-22 老黃的分享空間

1. 按定義證明下列極限:

(1)lim(x→+∞)(6x+5)/x=6;(2)lim(x→2)(x^2-6x+10)=2;

(3)lim(x→∞)(x^2-5)/(x^2-1)=1;(4)lim(x→2-)√(4-x^2)=0.

:(1)當x>0時,ε>0,要使|(6x+5)/x-6|=5/x<ε,只需取M=5/ε,

則當x>M時,就有|(6x+5)/x-6|<ε,∴lim(x→+∞)(6x+5)/x=6.

(2)當0<|x-2|<1時,有|(x^2-6x+10)-2|=|x-2|·|x-4|≤|x-2|(|x-2|+2)<3|x-2|,

ε>0,只要取δ=min{1,ε/3},則當0<|x-2|<δ時,就有|(x^2-6x+10)-2|<ε,

∴lim(x→2)(x^2-6x+10)=2.

(3)當|x|>2時,ε>0,

要使|(x^2-5)/(x^2-1)-1|=4/(|x-1||x+1|)<4/(|x|)<ε,

只需取M=max{2,4/ε},

則當|x|>M時,就有|(x^2-5)/(x^2-1)-1|<ε,

∴lim(x→∞)(x^2-5)/(x^2-1)=1;

(4)由4-x^2≥0,可得-2≤x≤2;

∴當2-4<x<2時,ε>0,

要使|√(4-x^2)-0|=√((2+x)(2-x))≤2√(|x-2|)<ε,

即|x-2|<ε^2/4,只需取δ=min{4, ε^2/4},就有|√(4-x^2)-0|<ε,

∴lim(x→2-)√(4-x^2)=0.

2、根據定義2敘述lim(x→x0)f(x)≠A.

:函數f在點x0的某個空心鄰域U(x0;δ』)內有定義,A為定數。若存在某個正數ε,使得對任意正數δ(<δ』),總存在x』,滿足0<|x』-x0|<δ,且|f(x』)-A|≥ε,則稱x→x0時函數f不以A為極限,記作:lim(x→x0)f(x)≠A.

3、證明lim(x→x0)f(x)=A<=>lim(h→0)f(x0+h)=A.

:[必要性]若lim(x→x0)f(x)=A,則ε>0,都有正數δ,使

當0<|x-x0|<δ時,|f(x)-A|<ε. 從而當0<|h|<δ時,有

0<|(x0+h)-x0|<δ,於是|f(x0+h)-A |<ε,∴lim(h→0)f(x0+h)=A.

[充分性]若lim(h→0)f(x0+h)=A,則ε>0,都有正數δ,使

當0<|h|<δ時,|f(x0+h)-A|<ε. 當0<|x-x0|<δ時,h=x-x0滿足0<|h|<δ,

從而|f(x)-A|=|f(x0+h)-A|<ε,∴lim(x→x0)f(x)=A.

4、證明:若lim(x→x0)f(x)=A,則lim(x→x0)|f(x)|=|A|,其逆命題成立嗎?若且唯若A為何值時反之也成立?

:∵lim(x→x0)f(x)=A,∴ε>0,都有正數δ,使當0<|x-x0|<δ時,|f(x)-A|<ε.

又|f(x)-A|≥||f(x)|-|A||,∴||f(x)|-|A||<ε,∴lim(x→x0)|f(x)|=|A|.

其逆命題不成立。如對

且lim(x→0)|f(x)|=1,但lim(x→0+)f(x)=-1,lim(x→0-)f(x)=1,

∴lim(x→0)f(x)不存在.

事實上,當lim(x→x0)|f(x)|=|A|時,

ε>0,都有正數δ』,使當0<|x-x0|<δ』時,||f(x)|-|A||<ε.

∵|f(x)-A|≥||f(x)|-|A||,∴僅當|f(x)-A|=||f(x)|-|A||時,|f(x)-A|<ε.

即當A=0時,反之成立。

5、討論下列函數在x→0時的極限或左、右極限.

(1)f(x)=|x|/x;(2)f(x)=[x];

:(1)當x>0時,f(x)=1,

∴lim(x→0+)f(x)=1;當x<0時,f(x)=-1,∴lim(x→0-)f(x)=-1;

(2)當0<x<1時,f(x)=0,∴lim(x→0+)f(x)=0;

當-1<x<0時,f(x)=-1,∴lim(x→0-)f(x)=-1;

(3)當x>0時,f(x)=2^x,∴lim(x→0+)f(x)=lim(x→0+)2^x=1;

當x<0時,f(x)=1+x^2,lim(x→0-)f(x)=lim(x→0-)(1+x^2)=1;

∴lim(x→0)f(x)=1.

6、設lim(x→+∞)f(x)=A,證明lim(x→0+)f(1/x)=A.

1:ε>0,∵lim(x→+∞)f(x)=A,

∴有正數M,使當x>M時,|f(x)-A|<ε.

從而有正數δ=1/M,使當0<x<δ,即1/x>M時,有|f(1/x)-A|<ε,

∴lim(x→0+)f(1/x)=A.

2:ε>0,∵lim(x→+∞)f(x)=A,

∴有正數M,使當x>M時,|f(x)-A|<ε/2.

設lim(x→0+)f(1/x)=B,則有正數δ,使當0<x<δ時,|f(1/x)-B|<ε/2.

令η=min{δ,1/M},則當0<x<η時,1/x>M,從而有|f(1/x)-A|<ε/2.

於是當0<x<η時,|A-B|≤|f(1/x)-A|+|f(1/x)-B|<ε.

由ε的任意性可知A=B. ∴lim(x→0+)f(1/x)=A.

7、證明:對黎曼函數R(x)有lim(x→x0)R(x)=0,x0∈[0,1]

(當x0=0或1時,考慮單側極限)

:[0,1]上的黎曼函數定義如下

任取x0∈[0,1],對ε>0,滿足n≤1/ε的自然數n至多有有限個,

於是在[0,1]中至多有有限個既約真分數p/q,使得R(p/q)=1/q≥ε.

取δ>0,使x0空心鄰域U(x0, δ)內不含這樣的既約分數,

則只要0<|x-x0|<δ(對x0=0,只要0<x<δ;對x0=1,只要1-δ<x<1),

不論x是否為無理數,有|R(x)|<ε,∴lim(x→x0)R(x)=0,x0∈[0,1].

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