〇 前言
此文章是在武忠祥老师的高等数学的基础上做此文章,目的是为了更好留下印象以及给不懂的地方即使解释。
一 函数极限的定义
1.定义1 设函数 f(x) 在点 x0 的某个去心邻域有定义
若任意 ε>0,存在 δ>0,当 0<|x-x0|<δ 时,恒有 |f(x)-A|<ε,则称 A 为 x->x0 时 f(x) 的极限。记作 lim(x->x0) f(x) = A。
【注】1) ε的任意性,ε 与 δ 的作用;
2) x -> x0,但 x ≠ x0 。
几何意义:

解析:同上一篇文章一样(“https://sunrisesn.top/2026/09/16/%e5%87%bd%e6%95%b0%e4%b8%8e%e6%9e%81%e9%99%90%e7%ac%ac%e4%ba%8c%e8%8a%82-%e6%95%b0%e5%88%97%e6%9e%81%e9%99%9001/”)例如当你要求ε时,需要找到一个满足其要求的数字δ;此时以x0为圆心,(x-x0)为半径的去心领域的圆,只要其半径在δ这个数字以内,其圆内半径上的每一点x所对应的值 f(x) 都符合 |f(x)-A|<ε(其要求的值),当 x 逐渐趋向于 x0 这个圆心时,其 f(x) 在 x0 的极限就是 A 。
【例1】用定义证明 lim(x->1) (x² – 1)/(x – 1) = 2.
若任意ε>0,存在δ>0,当 0<|x-x0|<δ 时,恒有 |f(x)-A|<ε ,
【证】任意ε>0,要使| (x²-1)/(x-1)-2 |=| (x+1)-2 |=| x-1 |<ε 。
只要 0<| x-1 |<ε,取δ=ε;当 0<|x-1|<δ,有 | (x²-1)/(x-1)-2 |<ε。
定义2. 左极限:lim(x->x0-) f(x) = f(x0-) = f(x0-0)
若任意ε>0,存在δ>0,当 0<x0-x<δ 时,恒有 |f(x)-A|<ε;
定义3. 右极限:lim(x->x0+) f(x0 = f(x0+) = f(x0+0)
若任意ε>0,存在δ>0,当 0<x0-x<δ 时,恒有 |f(x)-A|<ε;
解析:左极限是取极限定义的范围的左半边,而右极限是取极限定义的范围的右半边。
·lim(x->x0) f(x) = A <=> lim(x->x0+) f(x) = lim(x->x0-) f(x) = A
例:f(x) = x²(x<0)和sinx(x≥0),lim(x->x0-) f(x) = lim(x->0) x² = 0;lim(x->x0-) f(x) = lim(x->0) (sinx+1) = 1;所以lim(x->x0)的极限不存在。
2.自变量趋于无穷大时函数的极限
定义2: ·lim(x->+∞) f(x) = A;任意ε>0,存在X>0,当 x>X 时,恒有 |f(x)-A| < ε
·lim(x->-∞) f(x) = A;任意ε>0,存在X>0,当 x>-X 时,恒有 |f(x)-A| < ε
·lim(x->∞) f(x) = A;任意ε>0,存在X>0,当 |x|>X 时,恒有 |f(x)-A| < ε
几何意义:

直线y=A为曲线 y=f(x) 的水平渐近线。
lim(x->x0) f(x) = A <=> lim(x->x0+) f(x) = lim(x->x0-) f(x) = A
解析:配合图一起了解,A为这个函数逐渐逼近的极限,以ε为半径,A为中心的宽带,在一个确定的X值后,超过X的x所对应的f(x)-A都会小于ε。同样的,趋向于无穷的极限能推出正无穷和负无穷都有极限并且为同一个,但是正无穷和负无穷有极限却不为同一个,无法推导出趋于无穷的极限。
【例2】用定义证明 lim(x->∞) sinx/x = 0
任意ε>0,存在X>0,当 |x|>X 时,恒有 |f(x)-A|<ε
【证】任意ε>0
|(sinx/x)-0| = |sinx/x| < ε
由于 |sinx/x| < 1/|x|(这里进行放大),只要 1/|x| < ε,|x|>1/ε
取X1=1/ε,只要|X|>X1,有 |(sinx/x)-0| < ε。
二 函数极限的性质
lim(x->x0) f(x) = A
1)唯一性;
2)局部有限性:存在M>0与δ>0,使得任意 x∈U(x0,δ) 有 |f(x)|≤M
解析:以 f(x)=x² 为例,假如限定范围为 0<x<2 这个区间内,此时这个函数的极限就是4,但是取不到4,因此这个区间可以说是这个函数在 x=1 时的局部有界性。从而可以说出,存在一个极限M和数δ,使得x在(x0,δ)这个区间内,其所对应的函数值永远不超过M,因此这就是局部有限性。
3)局部保号性:如果 A>0(或 A<0 ),则存在 δ>0,当 x∈U(x0,δ)时,f(x)>0(或f(x)<0 )
解析:同上面,在某个范围内,以x0为中心,在一定范围内所对应的函数值一直是大于0或者是小于0,这就是局部保号性。
推论1 如果存在 δ>0,当 x∈U(x0,δ) 时,f(x)≥0(或 f(x)≤0 ),那么 A≥0(或 A≤0 )。
注意:(1)

解析:以 f(x)=-x² 为例,当x趋近于0的时候,f(x)的极限是0,但是其函数不是大于等于0的。
(2)

解析:以 f(x)=x²为例,f(x)函数大于0,但是其趋于x=0的极限也为零。
推论2 如果 A≠0,则存在 δ>0,当 x∈U(x0,δ)时,|f(x)|>|A|/2。
4)函数极限与数列极限的关系:
若lim(x->x0) f(x) = A,且lim(n->∞) Xn = X0,则lim(n->∞) f(Xn) = A;
三 内容小结
1.极限的统一定义
lim(n->∞) f(n) = A;
lim(n->∞) f(x) = A;lim(n->+∞) f(x) = A;lim(n->-∞) f(x) = A;
lim(x->x0) f(x) = A;lim(x->x0+) f(x) = A;lim(x->x0-) f(x) = A;
lim f(x) = A <=> 任意ε>0,存在时刻,从此时刻以后,恒有 |f(x)-A|<ε。(见下表)

2.极限的性质:唯一性;有界性;保号性;



⊂(´・◡・⊂ )∘˚˳°