21廈大數學考研 | 數列與函數極限複習建議!

2021-02-20 文彥考研專業課

在數列極限這一章中,首先,引入了基本的極限的定義、性質及四則運算之後,教材中介紹了至少6個求極限的方法。

隨後,有了收斂的性質,知道了收斂數列有什麼特性,比如說收斂的有界性,也就是收斂必有界,定理2.2.2(這個是判斷收斂的必要條件)。

那麼反過來,有界數列必收斂嗎?

不一定吧,舉個反例,sin(n*\pi/4).我們更想知道收斂數列的充要條件,這跟一個數列本身的性質有關。

為什麼要找到收斂數列的充要條件呀?

如果只根據收斂的定義,很多時候我們甚至不知道它的極限,要是沒有別的判斷方法就無法知道其是不是收斂。

一個自然的想法是,既然收斂必有界,有界不一定收斂。那麼肯定有界與收斂存在一個相關的關係,我們已經猜對了一半了吧。

那自然的就有幾個問題:

l 有界數列加上什麼條件,就必定收斂(判斷收斂的充分條件):單調有界數列收斂定理

l 有界數列可以得到什麼結論?(雖然不一定收斂,應該是一個弱一點的結論也沒關係):Bolzano-Weierstrass定理

l 更進一步地,判斷收斂的充要條件是什麼呢?:Cauchy收斂原理

閉區間套定理把這4個定理建立了聯繫。

在數列極限這一章中,五個實數系的基本定理需要掌握其證明,其5個定理的關係如下圖所示:

1. 確界存在定理(實數系連續性):非空有上界數集必有上確界。證:刻畫

2. 單調有界數列收斂定理。證:確界存在定理及確界定義

3. 閉區間套定理:閉區間套,存在唯一實數屬於所有閉區間,且唯一。證:存在性,單調有界收斂定理及閉區間套定義;唯一性,反證及夾逼

4. B-W定理:有界數列必有收斂子列。證:構造閉區間套得極限,再證有一子列收斂於該極限(構造一子列夾逼於閉區間兩端點)

5. Cauchy收斂原理(實數系完備性):數列收斂得充要條件是基本數列。證:必要,收斂定義及插項三角不等式;充分,基本數列定義知必有界,由B-W定理知有收斂子列趨於極限,基本數列定義

第二點需要掌握的是,求極限的常見方法。

現給大家總結如下:

1. 由定義解出最佳正整數N,注意插項和三角不等式的技巧;

2. 利用二項式放縮,注意典型題型及常見結論;

3. 兩個平均值;

4. 夾逼準則;

5. Stolz定理,思考什麼時候用Stolz定理:如有明顯遞推、給出和式時;

6. 應用單調有界數列收斂定理;

(1) 利用遞推求極限

(2) 三個常用無理數

(3) p級數

(4) Fibonaccii數列

函數極限的大部分定義定理為數列極限的延拓,大家複習時應注意對比。

同時,要明白連續其實本質上就是極限,也要會區分點連續和一致連續:前者為局部性,後者則為整體性的概念。

另外,連續函數中的重點為三類不連續點,對應不同的類型應能給出典型例子,並畫圖形象表示,可以判斷不連續點的類型。

(1)第一類(跳躍點):左右極限存在但不相等。注意單調函數

(2)第二類:左右極限中有不存在。注意Dirichlet函數及其變形;

(3)第三類(可去間斷點):左右極限存在且相等,但不等於f(x0)或f(x0)無定義。

例f(x)=xsin(1/x);注意例3.2.7 Riemann函數(畫圖直觀理解,對比Riemann函數和dirichlet函數,一個跳的高度一樣,一個跳的高度為1/p)。

在無窮小量與無窮大量的階這一小節中,需自己總結常用的等價關係。

例如我總結的部分常用等價關係和高階關係給大家參考一下。

【參考】

l 常用的等價關係:

1)x->0: 

sinx~x

1-cosx~1/2 x^2

tanx - sinx ~ 1/2 x^3 ,變形 sinx ((1-cosx)/cosx) ~ 1/2 x^3

In(1+x) ~ x

(1+x)^a -1 ~ ax

tanx ~ x

arctanx ~ x

e^x - 1 ~ x,變形 a^x -1 ~ x Ina

2)x->\pi/2 -:

tanx ~ 1/(\pi/2 - x),變形如下

cosx ~ \pi/2 - x

l 常用的高階關係:


1)x->+\infty:低到高階無窮大量(從小到大)

           In^k(x), x^a, a^x,[x]!,x^x

2)x->0+:高到低階無窮小量(從小到大)

      (1/x)^(-1/x), 1/[1/x]!, a^(-1/x), x^a, In^(-k)(1/x)

隨後,對於連續函數在閉區間上的5個分析性質,對應5個定理:有界性定理、最值定理、零點存在定理、一致連續Cantor定理,需掌握其證明思想。

證明它們用了實數系的5個基本定理,當中我們用的比較多的是b-w定理和閉區間套定理,實際上因為實數系的5個基本定理等價,因此用任意一個證明都是等價的,難度有差。這種題可以考,可當作習題自我檢測。


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