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极限的局部保号性和非局部保号性分析

(2016-06-23 10:19:56)
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杂谈

极限是高等数学中最基本的概念和工具,其它很多重要概念和运算都是由极限引导出来的,如导数的概念、定积分和重积分的概念、无穷级数的运算等,另外,极限本身也是一个重要考点,在每年的考研数学试题中经常有十多分的题目。在极限的各种性质中,极限的保号性是一个非常有用的性质,但一些同学对它理解得不透,解题时不会使用,下面蔡老师对极限的保号性做些分析总结,供大家参考。

一、函数极限的局部保号性和非局部保号性

1、函数极限的局部保号性是指:若(或),则存在正数,使得当时,有(或).

2.函数极限的非局部保号性是指:若(或),则存在正数,使得当时,有(或).

   对于或的极限也有与上类似的结论。

   非局部保号性是相对于局部保号性而言的,局部保号性是在某个点的去心邻域内保号,而非局部保号性是在一个无穷区间上保号,所以可称之为“非局部”。

二、数列极限的保号性

数列极限的保号性是指:若(或),则存在正整数,使得当时,有(或).

如果将数列视为一种函数,即定义,则数列的保号性就类似于函数的非局部保号性。

三、极限的增强保号性

函数极限的增强保号性是指:若(或),则对于任何,存在常数,使得当时,有(或).

证:若,则,根据局部保号性得,存在,使得当时,有,于是.

的情况也类似可证。

对于(或)以及数列极限(或)的情形,也有与上类似的增强保号性。

四、典型题型分析

例1.设函数在上连续,且,证明:存在,使得.

证:设,则由得,由极限的保号性得,存在正数,使得当时,有,

取,则,于是;

再取,则,于是;

根据零点定理得,存在,使得,即.

例2.设具有二阶连续导数,且,,则(  

(A)是的极大值             (B)是的极小值

(C)是曲线的拐点     (D)不是极值,也不是拐点

解:∵,由极限的保号性知,在的某去心邻域内,而,∴,单调减少,

在的左邻域内,由知,单调增加;

在的右邻域内,由知,单调减少;

综上得,在处取极大值,故应选(A).

注:选项(C)是错误的,这是因为在的去心邻域内,在的左右两边都是凸的,其凹凸性并未改变,因此不是曲线的拐点,故选项(C)不正确。

从上面的分析我们看到,极限包括函数极限和数列极限,函数极限的保号性包括:局部保号性、非局部保号性和增强保号性,数列极限的保号性包括一般保号性和增强保号性;另外,函数极限的保号性不仅可以用于某个函数本身,也可以用于它的导函数,如上面的例2;从解题方面看,极限的保号性常用于判断题和某些证明题,使用时一般需要结合其它知识点,如上面例1中就用到函数的零点定理,例2中结合运用了函数的单调性,这要求同学们会灵活运用所学知识。 `�>��

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