《高数极限运算法则》课件.pptx

高数极限运算法则高数极限运算法则 制作人：时间：2024年X月目录目录第第1 1章章 简介简介第第2 2章章 数列极限数列极限第第3 3章章 函数极限函数极限第第4 4章章 极限运算法则极限运算法则第第5 5章章 极限的应用极限的应用第第6 6章章 总结总结 0101第第1章章 简简介介 课程简介课程简介课程简介课程简介本课程旨在介绍高数极限运算法则的概念和基本法则，帮助学生掌握计算方本课程旨在介绍高数极限运算法则的概念和基本法则，帮助学生掌握计算方法，并提供学习方法和学习资源，让学生轻松过关考试。法，并提供学习方法和学习资源，让学生轻松过关考试。数列极限数列极限数列极限的定义和性质概念概念常用数列极限的计算方法计算方法计算方法实际问题中的数列极限举例举例 函数极限的定义和性质概念概念0103函数极限的极限存在定理证明证明证明02常用函数极限的计算方法计算方法计算方法应用应用应用应用无穷小量和无穷大量的运算无穷小量和无穷大量的运算高阶无穷小量的计算高阶无穷小量的计算洛必达法则洛必达法则证明证明证明证明加法法则的证明加法法则的证明乘法法则的证明乘法法则的证明复合函数法则的证明复合函数法则的证明举例举例举例举例应用到实际问题的例子应用到实际问题的例子计算过程演示计算过程演示极限运算法则极限运算法则基本法则基本法则基本法则基本法则加法法则加法法则乘法法则乘法法则复合函数法则复合函数法则总结总结高数极限运算法则是高数学习中的重点内容之一，学好高数极限运算法则对于学生以后的学习和工作都有很大的帮助。0202第第2章章 数列极限数列极限 数列极限的定义数列极限的定义数列极限是指随着序号的逐渐增大，数列中的数趋于无穷的过程，我们称这个无穷端点为数列的极限。数列极限的形式化定义数列极限的形式化定义对于数列an，如果存在一个实数a，对于任意给定的正实数（0）（满足为无限小数），总存在正整数N（N为无穷大），使得当nN时，|an-a|，那么我们称序列an趋于a，或者说a为数列an的极限。数列极限的性质数列极限的性质如果数列有极限，那么它一定是有界的；有界性有界性如果数列单调不减（或单调不增）且有上（或下）界，则它有极限；单调性单调性 数列极限的概念数列极限的概念数列极限的概念数列极限的概念数列极限是指数列中的数随着序号的增大，逐渐趋于一个确定的数。如果数数列极限是指数列中的数随着序号的增大，逐渐趋于一个确定的数。如果数列没有极限，我们说这个数列是发散的。数列极限的定义比较抽象，但是它列没有极限，我们说这个数列是发散的。数列极限的定义比较抽象，但是它是数学分析中非常重要的概念之一。是数学分析中非常重要的概念之一。常用数列极限常用数列极限常见的数列有1/n和1/2n等，它们的数列极限都是0。数列的极限等数列的极限等于于0 0常见的数列有n/(n+1)和(2n-1)/(2n)等，它们的数列极限都是1。数列的极限等数列的极限等于于1 1常见的数列有n和n2等，它们的数列极限都是正无穷。数列的极限为数列的极限为正无穷正无穷常见的数列有-n和(-1)n等，它们的数列极限都是负无穷。数列的极限为数列的极限为负无穷负无穷数列极限的应用数列极限的应用数列极限在实际问题中具有广泛的应用，如物理学、经济学、工程学等。它可以表示某些量的趋势，如电流、温度、污染物浓度等。单调有界准则单调有界准则单调有界准则单调有界准则如果数列如果数列anan单调不增（或不单调不增（或不减）且有上（或下）界，则数减）且有上（或下）界，则数列列anan有极限。有极限。注意：当数列单调递增时，只注意：当数列单调递增时，只需要有上界；当数列单调递减需要有上界；当数列单调递减时，只需要有下界。时，只需要有下界。StolzStolzStolzStolz定理定理定理定理如果有数列如果有数列anan和和bnbn，且，且bnbn单调不减（严格单调递增）单调不减（严格单调递增）且趋于正无穷（即且趋于正无穷（即bnbn），），则有：则有：lim(an-an-1)/bn=lim(an-an-1)/bn=lim(an/bn)lim(an/bn)，其中，其中limlim为为nn，如果上式右侧的极限存在或，如果上式右侧的极限存在或为无穷，且为无穷，且bnbn趋于正无穷，那趋于正无穷，那么它就是数列么它就是数列anan的极限。的极限。其他方法其他方法其他方法其他方法数列极限还有夹逼准则、递推数列极限还有夹逼准则、递推关系式等方法，具体使用根据关系式等方法，具体使用根据不同的数列进行选择。不同的数列进行选择。数列极限的计算方法数列极限的计算方法夹逼定理夹逼定理夹逼定理夹逼定理如果数列如果数列anan和和bnbn都趋于同都趋于同一个数一个数c c，也就是说对于所有的，也就是说对于所有的n n，都有，都有anbn=cnanbn0，总存在正数0，使得当0|x-a|时，有|f(x)-L|，则称L是函数f(x)当x趋近于a时的极限。函数极限的概念函数极限的概念函数极限是描述函数在某一点处趋近于某一值的性质，是数学分析中极为重要的概念之一。通过理解函数极限的概念，可以更好地理解函数的变化规律和趋势。函数极限的性质函数极限的性质在某一点的某一邻域内，函数值始终在某一范围内波动有界性有界性在某一点的某一邻域内，函数值始终单调上升或下降单调性单调性在某一点的某一邻域内，函数值始终覆盖某一范围内的所有值介值定理介值定理如果函数极限存在，则极限值唯一唯一性唯一性常用函数极限的常用函数极限的常用函数极限的常用函数极限的求解方法求解方法求解方法求解方法常用函数极限的求解方法包括函数的等价变形、分母有理化、有理分式分解、常用函数极限的求解方法包括函数的等价变形、分母有理化、有理分式分解、泰勒公式等。这些方法都是在简化函数表达式的基础上，通过极限运算来求泰勒公式等。这些方法都是在简化函数表达式的基础上，通过极限运算来求得函数的极限值。得函数的极限值。如物体的运动、质量、能量等物理学中的应用物理学中的应用0103如投资分析、风险评估等金融学中的应用金融学中的应用02如建筑物的结构分析、电路的稳定性分析等工程学中的应用工程学中的应用函数极限的计算方法函数极限的计算方法函数极限的计算方法包括夹逼定理、单调有界准则、洛必达法则等。这些方法在不同的情况下具有不同的适用性，可以用于求解各种类型的函数极限。求解方法求解方法求解方法求解方法1.1.根据夹逼定理确定函数根据夹逼定理确定函数g(x)g(x)和和h(x)h(x)。2.2.计算函数计算函数g(x)g(x)和和h(x)h(x)的极限的极限值值L L。3.3.利用夹逼定理求得函数利用夹逼定理求得函数f(x)f(x)的极限值。的极限值。实例分析实例分析实例分析实例分析例如，求函数例如，求函数f(x)x2*sin(1/x)f(x)x2*sin(1/x)在在x x趋近于趋近于0 0时的极限。根据夹逼定理可以时的极限。根据夹逼定理可以确定函数确定函数g(x)g(x)和和h(x)h(x)，即，即-x2=x2*sin(1/x)=x2x2=x2*sin(1/x)0)g(x)=0lim(x-0)g(x)=0，lim(x-lim(x-0)h(x)=00)h(x)=0，根据夹逼定理可以，根据夹逼定理可以得到得到lim(x-0)f(x)=0lim(x-0)f(x)=0。夹逼定理夹逼定理夹逼定理夹逼定理夹逼定理夹逼定理如果函数如果函数f(x)f(x)在点在点a a的左右两侧的左右两侧都有一个函数都有一个函数g(x)g(x)和一个函数和一个函数h(x)h(x)，并且这两个函数的极限，并且这两个函数的极限都等于都等于L L，则函数，则函数f(x)f(x)的极限也的极限也等于等于L L。单调有界准则单调有界准则单调有界准则是指单调递增（或递减）有上（或下）界的函数必定存在极限。这个准则可以用于求解各种类型的函数极限，特别是在无法直接计算极限时，可以先证明函数具有单调有界性，再利用单调有界准则求得函数的极限。泰勒公式泰勒公式泰勒公式泰勒公式泰勒公式是将函数表示为无限个多项式相加的形式，可以用于求解各种类型泰勒公式是将函数表示为无限个多项式相加的形式，可以用于求解各种类型的函数极限。通过泰勒公式，可以将函数在某一点的值表示为该点的各阶导的函数极限。通过泰勒公式，可以将函数在某一点的值表示为该点的各阶导数与函数值的线性组合。数与函数值的线性组合。0404第第4章章 极限运算法极限运算法则则 极限运算法则的基本法极限运算法则的基本法则则极限运算法则是一种重要的数学工具，在求解极限的过程中起到了至关重要的作用。其中基本法则包括加减乘除等，下面我们就来详细介绍一下。加法法则加法法则若limf(x)存在，limg(x)存在，则limf(x)+g(x)limf(x)+limg(x)定理定理略（由定义可得）证明证明可应用于求极限、微积分等应用应用 乘法法则乘法法则若limf(x)存在，limg(x)存在，则limf(x)g(x)=limf(x)limg(x)定理定理略（由定义可得）证明证明可应用于求极限、微积分等应用应用 若 limf(x)存 在 且 不 为 0，limg(x)存 在，则limf(x)/g(x)=limf(x)/limg(x)定理定理0103可应用于求极限、微积分等应用应用02略（由定义可得）证明证明应用应用应用应用可应用于求极限、微积分等可应用于求极限、微积分等注意事项注意事项注意事项注意事项需保证需保证limf(x)limf(x)和和limg(x)limg(x)均存均存在在 减法法则减法法则定理定理定理定理若若limf(x)limf(x)存在，存在，limg(x)limg(x)存在，存在，则则limf(x)-g(x)=limf(x)limf(x)-g(x)=limf(x)-limg(x)-limg(x)此定理可转化为加法法则此定理可转化为加法法则四则运算的计算四则运算的计算四则运算的计算四则运算的计算方法方法方法方法四则运算是指加减乘除四种运算，它们在极限运算中也有重要的应用。加减四则运算是指加减乘除四种运算，它们在极限运算中也有重要的应用。加减法的计算方法比较简单，只需将同次幂的项相加或相减即可；乘法的计算方法的计算方法比较简单，只需将同次幂的项相加或相减即可；乘法的计算方法是将同底数幂的指数相加，除法的计算方法则是将分子分母同乘一个代表法是将同底数幂的指数相加，除法的计算方法则是将分子分母同乘一个代表倒数的数并进行化简。倒数的数并进行化简。四则运算在实际问题中的应用四则运算在实际问题中的应用如在数值分析中求解函数积分或微分的近似值时，需要将函数进行离散化并使用数值积分或微分公式，此时就需要对离散化后的函数值进行加法运算加法加法如在计算机图形学中，需要对图像进行平移、旋转、缩放等操作，此时需要将变换矩阵与图像矩阵进行乘法运算乘法乘法如在工程设计中，需要计算某一设计要素的变化率，此时需要对两个变量进行测量并进行除法运算除法除法 极限的复合运算极限的复合运算极限的复合运算是指将多个函数或数列进行组合，形成新的函数或数列，并对其进行极限运算的一种方法。其中包括复合函数、复合数列等，下面我们就来详细介绍一下。复合函数复合函数设f(x)和g(x)为两个函数，若存在一个函数h(x)，使得h(x)=fg(x)，则称h(x)为f(x)与g(x)的复合函数定义定义1.确定内函数和外函数；2.将内函数的极限代入外函数；3.求得极限值求解方法求解方法可应用于求导、微积分等应用应用 设an和bn为两个数列，若存在一个数列cn，使得cn=anbn，则称cn为an与bn的复合数列定义定义0103可应用于数值分析、离散数学等应用应用021.确定内数列和外数列；2.将内数列的极限代入外数列；3.求得极限值求解方法求解方法极限的换元运算极限的换元运算极限的换元运算是指将极限中出现的变量进行替换，从而使得极限的求解更加方便的一种方法。其中包括代数替换、三角函数替换等，下面我们就来详细介绍一下。求解方法求解方法求解方法求解方法1.1.确定代换公式；确定代换公式；2.2.将原函将原函数代入代换公式中；数代入代换公式中；3.3.消元后消元后求得新的极限求得新的极限应用应用应用应用可应用于求极限、微积分等可应用于求极限、微积分等 代数替换代数替换定义定义定义定义将函数中的某个自变量用另一将函数中的某个自变量用另一个变量表示，如个变量表示，如x=t2x=t2，则可以，则可以将函数中的将函数中的x x用用t2t2来表示来表示三角函数替换三角函数替换将函数中的某个自变量用三角函数代替，如x=sint，则可以用sin来表示函数中的x定义定义1.确定三角函数替换公式；2.将原函数代入替换公式中；3.化简后求得新的极限求解方法求解方法可应用于微积分、偏微分方程等应用应用 0505第第5章章 极限的极限的应应用用 极限在微积分中极限在微积分中极限在微积分中极限在微积分中的应用的应用的应用的应用极限在微积分中是一个非常重要的概念，它能够帮助我们计算各种复杂的函极限在微积分中是一个非常重要的概念，它能够帮助我们计算各种复杂的函数的导数，从而得到函数的各种性质。此外，极限还可以用来求解曲线的切数的导数，从而得到函数的各种性质。此外，极限还可以用来求解曲线的切线，为我们提供更多的几何直观。在本页中，我们将介绍极限在微积分中的线，为我们提供更多的几何直观。在本页中，我们将介绍极限在微积分中的应用，讲解应用的求解方法和实际意义。应用，讲解应用的求解方法和实际意义。极限在微积分中的应用求解方法极限在微积分中的应用求解方法这种方法通常适用于函数比较简单的情况，例如单项式、三角函数等。利用极限计算利用极限计算导数导数这种方法通常适用于函数在某一点处的性质求解，例如曲线在某一点处的斜率、法线等。利用极限求解利用极限求解曲线的切线曲线的切线这种方法通常适用于函数在某一点或无穷远处的性质求解，例如函数在某一点处的水平渐近线、斜渐近线等。利用极限求解利用极限求解函数的渐近线函数的渐近线 极限在微积分中的应用实际意义极限在微积分中的应用实际意义利用极限求解物体在某一时刻的速度和加速度，进而分析物体的运动规律和行为。物理学中的速物理学中的速度和加速度度和加速度利用极限分析金融市场中的各种情况，推导出最优的投资策略和利率，为经济决策提供依据。经济学中的利经济学中的利率和投资策略率和投资策略利用极限分析细胞分子的微观变化，揭示其生命活动的规律和机制，为生物学研究提供科学依据。生物学中的微生物学中的微观变化观变化 极限在物理学中极限在物理学中极限在物理学中极限在物理学中的应用的应用的应用的应用极限在物理学中也有着广泛的应用，例如用极限求解物体在某一时刻的速度极限在物理学中也有着广泛的应用，例如用极限求解物体在某一时刻的速度和加速度，可以帮助我们分析物体的运动规律和行为。此外，极限还可以帮和加速度，可以帮助我们分析物体的运动规律和行为。此外，极限还可以帮助我们分析物体的受力情况、引力情况等。在本页中，我们将介绍极限在物助我们分析物体的受力情况、引力情况等。在本页中，我们将介绍极限在物理学中的应用，讲解应用的求解方法和实际意义。理学中的应用，讲解应用的求解方法和实际意义。例如求解物体在某一时刻的速度和加速度，可以推导出物体的运动方程，从而分析其运动规律和行为。利用极限求解速度和加速度利用极限求解速度和加速度0103例如求解某一天体在行星系中的引力情况，可以帮助我们了解天体的运动规律和轨迹。利用极限分析引力情况利用极限分析引力情况02例如求解物体在某一个特定位置的受力情况，可以帮助我们分析物体的行为和性质。利用极限分析物体的受力情况利用极限分析物体的受力情况极限在工程学中极限在工程学中极限在工程学中极限在工程学中的应用的应用的应用的应用极限在工程学中的应用也非常广泛，例如用极限分析结构和材料的性能和行极限在工程学中的应用也非常广泛，例如用极限分析结构和材料的性能和行为，可以帮助我们设计更加安全、可靠和耐用的工程结构和材料。在本页中，为，可以帮助我们设计更加安全、可靠和耐用的工程结构和材料。在本页中，我们将介绍极限在工程学中的应用，讲解应用的求解方法和实际意义。我们将介绍极限在工程学中的应用，讲解应用的求解方法和实际意义。材料学材料学材料学材料学利用极限分析材料的耐久性和利用极限分析材料的耐久性和强度，可以帮助我们设计更加强度，可以帮助我们设计更加耐用、可靠的材料。耐用、可靠的材料。例如对于航空航天领域的材料，例如对于航空航天领域的材料，需要经过严格的材料学测试和需要经过严格的材料学测试和极限分析，以确保其能够承受极限分析，以确保其能够承受各种极端条件下的应力和变形。各种极端条件下的应力和变形。机械工程机械工程机械工程机械工程利用极限分析机械的性能和行利用极限分析机械的性能和行为，可以帮助我们设计更加高为，可以帮助我们设计更加高效、稳定的机械。效、稳定的机械。例如对于高速列车、飞机等机例如对于高速列车、飞机等机械设备，需要经过严格的性能械设备，需要经过严格的性能测试和极限分析，以确保其能测试和极限分析，以确保其能够在高速、高温、高压等复杂够在高速、高温、高压等复杂环境下运行稳定可靠。环境下运行稳定可靠。化工工程化工工程化工工程化工工程利用极限分析化学反应的阈值利用极限分析化学反应的阈值和平衡状态，可以帮助我们设和平衡状态，可以帮助我们设计更加高效、安全的化工工程。计更加高效、安全的化工工程。例如对于工业催化反应、生物例如对于工业催化反应、生物化学反应等，需要经过严格的化学反应等，需要经过严格的反应动力学、热力学和极限分反应动力学、热力学和极限分析，以确保其能够在高催化效析，以确保其能够在高催化效率、高反应速率的同时，保持率、高反应速率的同时，保持反应过程的稳定性和安全性。反应过程的稳定性和安全性。极限在工程学中的应用实际意义极限在工程学中的应用实际意义建筑结构建筑结构建筑结构建筑结构利用极限分析建筑结构的荷载利用极限分析建筑结构的荷载和应力，可以帮助我们设计更和应力，可以帮助我们设计更加安全合理的建筑结构。加安全合理的建筑结构。例如对于高层建筑，需要经过例如对于高层建筑，需要经过严格的静力计算和极限分析，严格的静力计算和极限分析，以确保其能够承受各种自然和以确保其能够承受各种自然和人为的荷载。人为的荷载。利用极限分析利率在时间和空间上的变化，可以帮助我们预测市场走势和制定投资策略。利率利率0103利用极限分析金融市场中各种风险的概率和影响，可以帮助我们制定有效的风险管理方案。金融风险管理金融风险管理02利用极限分析各种投资策略的优劣和适用范围，可以帮助我们选择最优的投资方案。投资策略投资策略总结总结 0606第第6章章 总结总结 课程回顾课程回顾这一章我们学习了高数极限运算法则的相关内容，包括极限定义、极限的唯一性、夹逼定理、函数极限的四则运算法则和等价无穷小替换法则等。知识拓展知识拓展在学习本章内容的同时，我们可以深入了解相关知识，如极限存在性的证明、无穷小量和无穷大量的比较等。同时，我们也可以参考著名数学家的论文和著作，如庞加莱、高斯、柯西等。极限的四则运算法则极限的四则运算法则极限之和等于极限之和加减法则加减法则极限之积等于极限之积乘法法则乘法法则极限之商等于极限之商除法法则除法法则 等价无穷小替换等价无穷小替换等价无穷小替换等价无穷小替换lim x-0 1lim x-0 1lim x-0 1lim x-0 1lim x-0 1lim x-0 1替换后的式子替换后的式子替换后的式子替换后的式子lim x-0 sinx/x1lim x-0 sinx/x1lim x-0 ln(1+x)/x=1lim x-0 ln(1+x)/x=1lim x-0 ex-1/x=1lim x-0 ex-1/x=1 等价无穷小替换法则等价无穷小替换法则原式原式原式原式lim x-0 sinx/xlim x-0 sinx/xlim x-0 ln(1+x)/xlim x-0 ln(1+x)/xlim x-0 ex-1/xlim x-0 ex-1/x设f(x)g(x)h(x)，当x趋于a时，f(x)和h(x)的极限都等于L，则g(x)的极限也等于L。夹逼定理的定义夹逼定理的定义0103要注意夹逼定理的前提条件，即f(x)g(x)h(x)。夹逼定理的注意事项夹逼定理的注意事项02求极限、证明不等式、求定积分等。夹逼定理的应用夹逼定理的应用思考题思考题1.请证明：当x趋近于0时，cosx-1与x的平方成正比例关系。2.请使用等价无穷小替换法则求解极限：lim x-0(ex-1-x)/x2。3.请举例说明夹逼定理在求解极限中的应用。课程评价课程评价本章内容相对较难，但老师讲解得非常详细，让我更加深刻地理解了极限运算法则。同时，思考题也很有启发性，让我在课后能够更好地复习和巩固知识点。希望能够在以后的学习中继续受到良好的指导和帮助。THANKS 谢谢观看！