【高等数学笔记-极限(6)】无穷小的比较

无穷小的比较

引例

lim ⁡ x → 0 x 2 3 x = 0 , lim ⁡ x → 0 sin ⁡ x 3 x = 1 3 , \lim_{x\to 0}{\frac{x^2}{3x}}=0,\quad \lim_{x\to 0}{\frac{\sin x}{3x}}=\frac{1}{3}, x0lim3xx2=0,x0lim3xsinx=31,
x → 0 x\to0 x0的过程中, x 2 → 0 x^2\to0 x20的速度比 x → 0 x\to0 x0快;
sin ⁡ x → 0 \sin x\to0 sinx0的速度和 3 x → 0 3x\to0 3x0差不多;
比较两个函数在同一极限过程中的趋近速度,谁趋近的越快,就是更高阶的无穷小;(不在一个数量级,线性增长认为同阶,毕竟 3 x 3x 3x x x x的趋近速度没啥区别)

收敛速度的快慢,即函数在 x → x 0 x\to x_0 xx0的过程中,取一个足够靠近 x 0 x_0 x0的点,谁的函数值的绝对值小谁快;

在足够靠近极限点的范围内,绝对值更小的函数,收敛速度更快;

定义

  • 如果 lim ⁡ β α = ∞ \lim\frac{\beta}{\alpha}=\infty limαβ=,就说 β \beta β是比 α \alpha α高阶的无穷小;记为 β = o ( α ) \beta=o(\alpha) β=o(α);

  • 如果 lim ⁡ β α = 0 \lim\frac{\beta}{\alpha}=0 limαβ=0,就说 β \beta β是比 α \alpha α低阶的无穷小;

  • 如果 lim ⁡ β α = c , c ≠ 0 \lim\frac{\beta}{\alpha}=c,c\ne0 limαβ=c,c=0,就说 β \beta β α \alpha α同阶无穷小;

  • 如果 lim ⁡ β α = 1 \lim\frac{\beta}{\alpha}=1 limαβ=1,就说 β \beta β α \alpha α等价无穷小;记为 β ∼ α \beta\sim\alpha βα;

  • 如果 lim ⁡ β α k = c , c ≠ 0 \lim\frac{\beta}{\alpha^k}=c,c\ne0 limαkβ=c,c=0,就说 β \beta β是关于 α \alpha α k k k阶无穷小;记为 β ∼ α \beta\sim\alpha βα;

示例

  • 因为 lim ⁡ x → 0 x 2 3 x = 0 \lim_{x\to 0}{\frac{x^2}{3x}}=0 x0lim3xx2=0
    x → 0 x\to0 x0这一极限过程中;

    • x 2 x^2 x2是比 3 x 3x 3x的高阶无穷小,记为 x 2 = o ( 3 x ) x^2=o(3x) x2=o(3x)
    • 3 x 3x 3x是比 x 2 x^2 x2的低阶无穷小
    • x 2 x^2 x2是关于 3 x 3x 3x 2 2 2阶无穷小
  • 因为 lim ⁡ x → 0 sin ⁡ x x = 1 \lim_{x\to 0}{\frac{\sin x}{x}}=1 x0limxsinx=1
    x → 0 x\to0 x0这一极限过程中;

    • sin ⁡ x \sin x sinx x x x的同阶无穷小
    • sin ⁡ x \sin x sinx x x x等价无穷小
    • sin ⁡ x ∼ x \sin x\sim x sinxx
  • 因为 lim ⁡ x → 0 sin ⁡ x 2 x = 1 2 \lim_{x\to 0}{\frac{\sin x}{2x}}=\frac{1}{2} x0lim2xsinx=21
    x → 0 x\to0 x0这一极限过程中;

    • sin ⁡ x \sin x sinx 2 x 2x 2x的同阶无穷小
  • 因为 lim ⁡ x → 3 x 2 − 9 x − 3 = lim ⁡ x → 3 x + 3 = 6 \lim_{x\to 3}{\frac{x^2-9}{x-3}}=\lim_{x\to 3}{x+3}=6 x3limx3x29=x3limx+3=6
    x → 3 x\to3 x3这一极限过程中;

    • ( x 2 − 9 ) (x^2-9) (x29) ( x − 3 ) (x-3) (x3)的同阶无穷小
  • 因为 lim ⁡ x → 0 1 + x n − 1 1 n x = 1 \lim_{x\to 0}{\frac{\sqrt[n]{1+x}-1}{\frac{1}{n}x}}=1 x0limn1xn1+x 1=1
    x → 0 x\to0 x0这一极限过程中;

    • ( 1 + x n − 1 ) (\sqrt[n]{1+x}-1) (n1+x 1) ( 1 n x ) (\frac{1}{n}x) (n1x)等价无穷小
    • ( 1 + x n − 1 ) ∼ ( 1 n x ) (\sqrt[n]{1+x}-1) \sim (\frac{1}{n}x) (n1+x 1)(n1x)

定理

定理1

β ∼ α    ⟺    β = α + o ( α ) ; \beta \sim \alpha \iff \beta =\alpha + o(\alpha); βαβ=α+o(α);
简要证明:
β ∼ α    ⟹    lim ⁡ β α = 1    ⟹    lim ⁡ ( β α − 1 ) = 0    ⟹    lim ⁡ ( β − α α ) = 0    ⟹    lim ⁡ ( β − α α ) = 0    ⟹    β − α = o ( α )    ⟹    β = α + o ( α ) \beta \sim \alpha \implies \lim \frac{\beta }{\alpha}=1 \implies \lim(\frac{\beta}{\alpha} -1)=0 \implies \lim(\frac{\beta-\alpha}{\alpha})=0 \\[20pt] \implies \lim(\frac{\beta-\alpha} {\alpha})=0 \implies \beta-\alpha=o(\alpha) \implies \beta=\alpha+ o(\alpha) βαlimαβ=1lim(αβ1)=0lim(αβα)=0lim(αβα)=0β

posted @ 2025-09-03 17:20  tomcat4014  阅读(0)  评论(0)    收藏  举报  来源