【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}, x→0lim3xx2=0,x→0lim3xsinx=31,
在 x → 0 x\to0 x→0的过程中, x 2 → 0 x^2\to0 x2→0的速度比 x → 0 x\to0 x→0快;
sin x → 0 \sin x\to0 sinx→0的速度和 3 x → 0 3x\to0 3x→0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和 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 x→x0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
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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);
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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;
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如果 lim β α = c , c ≠ 0 \lim\frac{\beta}{\alpha}=c,c\ne0 limαβ=c,c=0,就说 β \beta β与 α \alpha α同阶无穷小;
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如果 lim β α = 1 \lim\frac{\beta}{\alpha}=1 limαβ=1,就说 β \beta β与 α \alpha α等价无穷小;记为 β ∼ α \beta\sim\alpha β∼α;
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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的 k k k阶无穷小;记为 β ∼ α \beta\sim\alpha β∼α;
示例
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因为 lim x → 0 x 2 3 x = 0 \lim_{x\to 0}{\frac{x^2}{3x}}=0 x→0lim3xx2=0
在 x → 0 x\to0 x→0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的 2 2 2阶无穷小
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因为 lim x → 0 sin x x = 1 \lim_{x\to 0}{\frac{\sin x}{x}}=1 x→0limxsinx=1
在 x → 0 x\to0 x→0这一极限过程中;- sin x \sin x sinx与 x x x的同阶无穷小
- sin x \sin x sinx与 x x x等价无穷小
- sin x ∼ x \sin x\sim x sinx∼x
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因为 lim x → 0 sin x 2 x = 1 2 \lim_{x\to 0}{\frac{\sin x}{2x}}=\frac{1}{2} x→0lim2xsinx=21
在 x → 0 x\to0 x→0这一极限过程中;- sin x \sin x sinx与 2 x 2x 2x的同阶无穷小
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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 x→3limx−3x2−9=x→3limx+3=6
在 x → 3 x\to3 x→3这一极限过程中;- ( x 2 − 9 ) (x^2-9) (x2−9)与 ( x − 3 ) (x-3) (x−3)的同阶无穷小
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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 x→0limn1xn1+x−1=1
在 x → 0 x\to0 x→0这一极限过程中;- ( 1 + x n − 1 ) (\sqrt[n]{1+x}-1) (n1+x−1)与 ( 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); β∼α⟺β=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) β∼α⟹limαβ=1⟹lim(αβ−1)=0⟹lim(αβ−α)=0⟹lim(αβ−α)=0⟹β

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