4.3 习题课讲解
4.3.1 无穷大量与无穷小量
例 4.3.1
和的运算性质。
这里的等式的含义是:等号左边的运算结果是等号右边集合中的一个对象。
解
提示:设,、,利用定义
- ,使得。
- ,使得。
例 4.3.2
证明:若
则
特别地,若,则“与等价”当且仅当“与等价”。
解
提示:(1)
(2) 若,则,由(1)知。
例 4.3.3
反函数的渐近表达式。设有连续的反函数,
求的反函数在自变量时的渐近表达式。
解
提示:确定主项。由例4.3.2(1)可知
确定第二项。设,其中,则
因此
例 4.3.4
广义二项式定理。对正有理数,求时,的渐近展开。
解
Newton当年得到的结果为:
其中广义二项式系数的定义为:
- ;
- 。
我们证明的情况。显然成立,设,其中,则
再设,其中,则
因此
例 4.3.5
幂函数的渐近展开。设,求时,的渐近展开。提示:
解
设
则
因此
猜测,其中,代入上式得
对比等式两侧可得
因此
例 4.3.6
指数函数、对数函数、三角函数、反三角函数的渐近展开。
-
(1)
-
记,证明,并且
-
(2)
-
记,证明,并且
-
(3)
-
记,证明,并且
-
(4)
-
-
(5)
-
证明
提示:(1)
(2)
或者利用
(3)
(4) 利用
(5) 利用
例 4.3.7
设、,当时,是无穷小量且满足
证明
解
,,使得
,,从而
因此
令可得
取满足
即可,因此
在进行严谨证明时,不能猜测,因为这样仅仅证明了蕴涵式“若具有这个形式则结论成立”为真,与“结论成立”为真无关。
例 4.3.8
求。
错解
(1) 错误使用等价无穷小替换。
(2) 预先假设极限存在。
类似(2)的思路,我们可以证明很多离谱的“极限”,如
解
也可类似前题的思路:设,则
故可设,其中,则
例 4.3.9
求单侧极限
解
记,,则当且仅当,
于是,上式两边展开可得
从而
因此
4.3.2 极限的综合练习
例 4.3.10
求
解
例 4.3.11
求
解
例 4.3.12
求
解
记,则当且仅当,因此
例 4.3.13
求
解
例 4.3.14
求
解
例 4.3.15
设且,求参数的值,使得
为非零实数,并求这个极限的值。
解
记,则当且仅当,因此
所以,并且上述极限为。
或者利用
例 4.3.16
比较以下两式作为的误差。
解
故当时,与同阶;当时,与同阶;即在这一数列族中,收敛最快,但它的收敛速度远不如,因为
例 4.3.17
计算
解
利用AM-GM不等式可得
因此
由夹挤定理可得极限存在且等于。
例 4.3.18
计算
解
首先考虑分母。易见
然后考虑分子。注意到
可以证明
因此
从而
亦即
例 4.3.19
设数列满足有界且。证明:。
证明
由题设可知,使得。注意到
设,,则
选择和满足
整理一下我们已有的信息,我们有
即。