函数的概念与特性

函数

函数的概念与特性:按照对应

法则x在给定的所有集里都有唯一的y与之对应,称为y为x的函数,x是自变量y是因变量,集是定义域

y=f(x)   yf()xy=f(x) \ \ \ y因变量,f( )对应法则,x自变量

分子有理化

指的是在二次根式中分母原为无理数,而将该分母化为有理数的过程,也就是将分母中的根号化去。

1a=aaa=aa1a+b=(ab)(a+b)(ab)=abab2单项式: \frac{1}{\sqrt{a}}=\frac{\sqrt{a}}{\sqrt{a}\sqrt{a}}=\frac{\sqrt{a}}{a}\\ 二项式: \frac{1}{\sqrt{a}+b}=\frac{(\sqrt{a}-b)}{(\sqrt{a}+b)(\sqrt{a}-b)}=\frac{\sqrt{a}-b}{a-b^2}

一般运算

{y=ln(x+1)ey=eln(x+1)ey=x+1       uv=elnuv=evlnu,uv=====================================arcsinx+arccosx=π2(1x1)(arcsinx+arccosx)=11x211x2=0arcsinx+arccosx=Cx=0C=π2=====================================arcsinx+arccosx=π2(<x<)\begin{cases} y=ln(x+1)\\ e^y=e^{ln(x+1)}\\ e^y=x+1 \end{cases} \ \ \ \ \ \ \ u^v=e^{lnu^v}=e^{vlnu},u和v都是函数\\ =====================================\\ arcsinx+arccosx=\frac{\pi}{2}(-1\le x \le1)\\ 证:(arcsinx+arccosx)'=\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}=0\\ arcsinx+arccosx=C\\ x=0时C=\frac{\pi}{2}\\ =====================================\\ arcsinx+arccosx=\frac{\pi}{2}(-\infty\lt x \lt\infty)\\ 证:同理

对数运算法则

loga(MN)=logaM+logaNloga(MN)=logaMlogaNlogaMn=nlogaMln1x=lnxlnx=lnx12=12lnxln(1+1x)=lnx+1x=ln(x+1)lnxlog_a(MN)=log_aM+log_aN\\ log_a(\frac{M}{N})=log_aM-log_aN\\ log_aM^n=nlog_aM\\ ln\frac{1}{x}=-lnx\\ ln\sqrt{x}=lnx^{\frac{1}{2}}=\frac{1}{2}lnx\\ ln(1+\frac{1}{x})=ln\frac{x+1}{x}=ln(x+1)-lnx

一元二次方程

ax2+bx+c=0x1,2=b±b24ac2ax1+x2=ba,x1x2=caΔ=b24ac,Δ>0Δ=0Δ<0(b2a,cb24a)ax^2+bx+c=0\\ 求根x_{1,2}=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}\\ 韦达定理x_1+x_2=-\frac{b}{a},x_1x_2=\frac{c}{a}\\ 判别式\Delta=b^2-4ac,\Delta>0俩不等实根\Delta=0俩等实根\Delta<0无实根俩共轭复根\\ 顶点(-\frac{b}{2a},c-\frac{b^2}{4a})

因式分解公式

(a+b)2=a2+2ab+b2 , (ab)2=a22ab+b2(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3 , (ab)3=a33a2b+3ab2b3(a+b)n=k=0nCnkankbk,C使{C00=1C10,C11=1,1C20,C21C22=1,2,1...a2b2=(a+b)(ab)a3+b3=(a+b)(a2ab+b2) , a3b3=(ab)(a2+ab+b2)anbn=(ab)(an1+an2b+...+abn2+bn1)an+bn=(ab)(an1an2b+...abn2+bn1)(a+b)^2=a^2+2ab+b^2 \ , \ (a-b)^2=a^2-2ab+b^2\\ (a+b)^3=a^3+3a^2b+3ab^2+b^3 \ , \ (a-b)^3=a^3-3a^2b+3ab^2-b^3\\ (a+b)^n=\sum_{k=0}^{n}C_n^ka^{n-k}{b^k},C可以使用杨辉三角\begin{cases}C_0^0=1\\C_1^0,C^1_1=1,1\\C_2^0,C^1_2C^2_2=1,2,1\\...\end{cases}\\ a^2-b^2=(a+b)(a-b)\\ a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2) \ , \ a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)\\ a^n-b^n=(a-b)(a^{n-1}+a^{n-2}b+...+ab^{n-2}+b^{n-1})\\ a^n+b^n=(a-b)(a^{n-1}-a^{n-2}b+...-ab^{n-2}+b^{n-1})

阶乘与双阶乘

0!=1n!=123...n(2n)!!=246...(2n)=2nn!(2n1)!!=135...(2n1)0!=1\\ n!=1·2·3·...·n\\ (2n)!!=2·4·6·...·(2n)=2^n·n!\\ (2n-1)!!=1·3·5·...·(2n-1)\\ 华里士公式用到双阶乘

不等式

a±ba+b,abab,{a1±a2±...±ana1+a2+...+anabf(x)dxabf(x)dxaba+b2a2+b22,(a,b>0)abc3a+b+c3a2+b2+c23,(a,b,c>0)a>b>0{n>0,an>bnn<0,an<bn0<a<x<b,0<c<y<d,cb<yx<dasinx<x<tanx(0<x<π2)sinx<x(x>0)arctanxxarcsinx(0x1)exx+1x1lnx(x>0)11+x<ln(1+1x)<1x(x>0)|a\pm b|\le|a|+|b|,||a|-|b||\le|a-b|,拓展\begin{cases}|a_1\pm a_2\pm...\pm a_n|\le|a_1|+|a_2|+...+|a_n|\\ |\int_{a}^{b}f(x)dx|\le\int_{a}^{b}|f(x)|dx\end{cases}\\ \sqrt{ab}\le\frac{a+b}{2}\le\sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}},(a,b>0)\\ \sqrt[3]{abc}\le\frac{a+b+c}{3}\le\sqrt{\frac{a^2+b^2+c^2}{3}},(a,b,c>0)\\ a>b>0则\begin{cases}n>0,a^n>b^n\\n<0,a^n<b^n\end{cases}\\ 0<a<x<b,0<c<y<d,\frac{c}{b}<\frac{y}{x}<\frac{d}{a}\\ sinx<x<tanx(0<x<\frac{\pi}{2})\\ sinx<x(x>0)\\ arctanx\le x\le arcsinx(0\le x\le 1)\\ e^x\ge x+1\\ x-1\ge ln x(x>0)\\ \frac{1}{1+x}<ln(1+\frac{1}{x})<\frac{1}{x}(x>0)

反函数

概念:y=f(x)如果y对应的每一个定义域,都有x对应的值域则x=φ(y)为反函数严格单调函数必有反函数,有反函数不一定严格单调

函数和反函数关于y=x对称是字母互换的结果

y=2x => x=12y  y=12xy=2xy=xy=2x \ => \ x=\frac{1}{2}y \ \ 这两个函数图像是一个\\ 字母互换 y=\frac{1}{2}x和y=2x关于y=x对称

复合函数

y=f(u),u=g(x)=>y=f[g(x)](xD)y=f(u),u=g(x) =>y=f[g(x)](x\in D)叫复合函数

第一题

f(x)=x2,f[φ(x)]=x2+2x+3,φ(x)0φ(x)f[φ(x)]=φ2(x)=x2+2x+3φ2(x)=x2+2x+3φ(x)=x2+2x+3x2+2x+30=>x[1,3]φ(x)=(x1)2+4(x1)2φ(x)x=1,φ(x)=2x=13φ(x)=0φ(x)[0,2]设f(x)=x^2,f[\varphi(x)]=-x^2+2x+3,且\varphi(x)\ge0,求\varphi(x)及其定义域与值域\\ 解:f[\varphi(x)]=\varphi^2(x)=-x^2+2x+3\\ \sqrt{\varphi^2(x)}=\sqrt{-x^2+2x+3} \\ \varphi(x)=\sqrt{-x^2+2x+3} \\ 根号下不为零:-x^2+2x+3\ge0=>x\in[-1,3]\\ \varphi(x)=\sqrt{-(x-1)^2+4}\\ (x-1)^2越小\varphi(x)越大,反之亦然\\ x=1,\varphi(x)=2\\ x=-1或3,\varphi(x)=0 \\ \varphi(x)\in[0,2]

第二题

y=f(x)=ln(x+x2+1)f1(x)y=ln(x+x2+1)ey=x+x2+1  ,fun1y=ln(x+x2+1)=ln(1x2+1+x)=ln(x2+1x1)ey=x2+1x  ,fun2fun1fun2=eyey2=x:x=f1(y)=eyey2:y=f1(x)=exex2求函数y=f(x)=ln(x+\sqrt{x^2+1})的反函数f^{-1}(x)的表达式及其定义域\\ \\ 解:y=ln(x+\sqrt{x^2+1})\\ e^y=x+\sqrt{x^2+1} \ \ ,fun1\\ -y=-ln(x+\sqrt{x^2+1})=ln(\frac{1}{\sqrt{x^2+1}+x})=ln(\frac{\sqrt{x^2+1}-x}{1})\\ e^{-y}=\sqrt{x^2+1}-x \ \ ,fun2\\ fun1-fun2=\frac{e^y-e^{-y}}{2}=x\\ 所以:x=f^{-1}(y)=\frac{e^y-e^{-y}}{2}\\ 则:y=f^{-1}(x)=\frac{e^x-e^{-x}}{2}

拓展

y=ln(x+x2+1)y=ln(x+\sqrt{x^2+1})

这个函数叫反双曲

正弦

y=exex2y=\frac{e^x-e^{-x}}{2}

这个函数叫双曲正弦

y=ex+ex2y=\frac{e^x+e^{-x}}{2}

这个函数叫双曲余弦,悬链线的一种

双曲余弦

第三题

f(x)φ(x)f[φ(x)]f(x)={2x,x0x+2,x>0φ(x)={x2,x<0x,x0将下列各组函数f(x)与\varphi(x)复合,求复合函数f[\varphi(x)]\\ f(x)=\begin{cases} 2-x,x\le0\\ x+2,x\gt0\\ \end{cases}\\ \varphi(x)=\begin{cases} x^2,x\lt0\\ -x,x\ge0\\ \end{cases}

解法如下:

1  广f:[φ(x)]={2φ(x),φ(x)0φ(x)+2,φ(x)>01,解 \ \ 广义化f:[\varphi(x)]=\begin{cases} 2-\varphi(x),\varphi(x)\le0\\ \varphi(x)+2,\varphi(x)\gt0 \end{cases}

画图:

双曲余弦

φ(x)0xf[φ(x)]={2(x),x0x2+2,x<0如图当\varphi(x)\ge0时x的范围为大于等于零,推出\\ f[\varphi(x)]=\begin{cases} 2-(-x),x\ge0\\ x^2+2,x\lt0 \end{cases}

特性

有界性

有界无界指明区间

有界是指的纵坐标上有限度

单调性

区间内自变量增减函增(单调增)

区间内自变量减函数减(单调减)

判断方法:

f’(x)>0 单调增

f’(x)<0 单调减

(x1x2)[f(x1)f(x2)]>0  (x1x2)[f(x1)f(x2)]>0  (x1x2)[f(x1)f(x2)]0  (x1x2)[f(x1)f(x2)]0(x_1-x_2)[f(x_1)-f(x_2)]>0 \ \ 单调增\\ (x_1-x_2)[f(x_1)-f(x_2)]>0 \ \ 单调减\\ (x_1-x_2)[f(x_1)-f(x_2)]\ge0 \ \ 单调不减\\ (x_1-x_2)[f(x_1)-f(x_2)]\le0 单调不增

奇偶性

奇函数关于原点对称

f(-x)=-f(x)

F1=f(x)f(x)  f(0)=0F_1=f(x)-f(-x) \ \ 必为奇函数 \\ f(0)=0

偶函数关于y轴对称

f(-x)=f(x)

F1=f(x)+f(x)  f(0)=0F_1=f(x)+f(-x) \ \ 必为偶函数\\ f'(0)=0

关于x=T对称则:f(x)=f(2T-x)或f(T+x)=f(T-x)

周期性

重要结论

若f(x)是可导偶函数,则f’(x)是奇函数

若f(x)是可导奇函数,则f’(x)是偶函数

若f(x)是可导的周期为T,则f’(x)也是周期为T

连续的奇函数的一切原函数都是偶函数

连续的偶函数的原函数中仅有一个原函数是奇函数

若f(x)在有限区间(a,b)内可导且f’(x)有界,则f(x)在(a,b)内有界

f(x)T0Tf(x)dx=0,f(x)T若连续函数f(x)以T为周期且\int_0^Tf(x)dx=0,则f(x)的一切原函数也以T为周期

函数图像

函数图像

lnx

lnx

kf(x)伸缩变换,k>1,纵坐标变大,0<k<1,纵坐标变小,横坐标都不变

幂函数

红y=根号下x白y=x^3

红y=x白y=x^2

xx3xu=x2x2研究\sqrt{x}或 \sqrt[3]{x}等最值只需要研究x即可\\ 研究|u|=\sqrt{x^2}最值只要研究x^2\\

红y=1/x白y=1/x^2

1xxx1xu1u2...un=ui=1nui=lnu研究\frac{1}{x}最值只要研究x,x最大\frac{1}{x}最小\\ u_1u_2...u_n=u研究\sum\limits_{i=1}^{n}u_i=lnu

指数函数

红2x白y=(1/2)x

幂指函数

红xx白y=x2x

xx1ex^x极小值点\frac{1}{e}

三角函数

sinx

cosx

特殊值:

sin0=0      sinπ6=12      sinπ4=22     sinπ3=32sinπ2=1      sinπ=1      sin3π2=1      sin2π=0cos0=1      cosπ6=32      cosπ4=22      cosπ3=12cosπ2=0      cosπ=1      cos3π2=0      cos2π=1sin0=0 \ \ \ \ \ \ sin\frac{\pi}{6}=\frac{1}{2} \ \ \ \ \ \ sin\frac{\pi}{4}=\frac{\sqrt2}{2} \ \ \ \ \ \sin\frac{\pi}{3}=\frac{\sqrt3}{2}\\ sin\frac{\pi}{2}=1 \ \ \ \ \ \ sin\pi=1 \ \ \ \ \ \ sin\frac{3\pi}{2}=-1\ \ \ \ \ \ sin2\pi=0\\ cos0=1 \ \ \ \ \ \ cos\frac{\pi}{6}=\frac{\sqrt3}{2} \ \ \ \ \ \ cos\frac{\pi}{4}=\frac{\sqrt2}{2} \ \ \ \ \ \ cos\frac{\pi}{3}=\frac{1}{2}\\ cos\frac{\pi}{2}=0 \ \ \ \ \ \ cos\pi=-1 \ \ \ \ \ \ cos\frac{3\pi}{2}=0 \ \ \ \ \ \ cos2\pi=1

红tanx白arctanx

红cotx白arccotx

特殊值

tan0=0      tanπ6=33      tanπ4=1      tanπ3=3limπ2tanx=      tanπ=0    lim3πxtanx=     tan2π0lim0cotx=      cotπ6=3      cotπ4=1      cotπ3=33cotπ2=      limπcotx=    cot3π2=     lim2πcotx=tan0=0 \ \ \ \ \ \ tan\frac{\pi}{6}=\frac{\sqrt3}{3} \ \ \ \ \ \ tan\frac{\pi}{4}=1 \ \ \ \ \ \ tan\frac{\pi}{3}=\sqrt3\\ lim_{\frac{\pi}{2}}tanx=\infty \ \ \ \ \ \ tan\pi=0 \ \ \ \ lim_{\frac{3\pi}{x}}tanx=\infty \ \ \ \ \ tan2\pi-0\\ lim_0cotx=\infty \ \ \ \ \ \ cot\frac{\pi}{6}={\sqrt3} \ \ \ \ \ \ cot\frac{\pi}{4}=1 \ \ \ \ \ \ cot\frac{\pi}{3}=\frac{\sqrt3}{3}\\ cot{\frac{\pi}{2}}=\infty \ \ \ \ \ \ lim_\pi cotx=\infty \ \ \ \ cot\frac{3\pi}{2}=\infty \ \ \ \ \ lim_{2\pi} cotx=\infty

红secx白cscx

secx=1cosx,cscx=1sinx,secx=\frac{1}{cosx},cscx=\frac{1}{sinx},取倒数画图

特殊值

arcsin0=0    arcsin12=π6    arcsin22=π4    arcsin32=π3    arcsin1=π2arccos1=0    arccos32=π6    arccos22=π4    arccos12=π3    arccos0=π2arcsin0=0 \ \ \ \ arcsin\frac{1}{2}=\frac{\pi}{6} \ \ \ \ arcsin\frac{\sqrt2}{2}=\frac{\pi}{4} \ \ \ \ arcsin\frac{\sqrt3}{2}=\frac{\pi}{3} \ \ \ \ arcsin1=\frac{\pi}{2} \\ arccos1=0 \ \ \ \ arccos\frac{\sqrt3}{2}=\frac{\pi}{6} \ \ \ \ arccos\frac{\sqrt2}{2}=\frac{\pi}{4} \ \ \ \ arccos\frac{1}{2}=\frac{\pi}{3} \ \ \ \ arccos0=\frac{\pi}{2} \\

分段函数

yx={x,x0x,x<0y|x|=\begin{cases} x,x\ge0\\ -x,x\lt0 \end{cases}

绝对值函数

y=sgnx={1,x>0x,x=01,x<0y=sgnx=\begin{cases} 1,x\gt0\\ x,x=0\\ -1,x\lt0 \end{cases}

符号函数

取整函数

向下取整,[0.99]=0,[-0.99]=-1

x1<[x]xlimo+=0,lim0=1x-1<[x]\le x\\ lim_o^+=0,lim_0^-=1

[x]

向上取整,[0.99]=1,[-0.99]=0

x<[x]x+1limo+=1,lim0=0x<[x]\le x+1\\ lim_o^+=1,lim_0^-=0

[x]

图像变换

平移

平移变换
左加右减

f(x+x0)左平移,f(x-x0)右平移

白lnx红ln(x+1)

上加下减

f(x)+y上平移,f(x)-y下平移

白lnx红ln(x)+1

对称变换

-f(x)关于x轴对称

白lnx红-lnx

f(-x)关于y轴对称

白lnx红ln(-x)

|f(x)|x轴下方的部分去掉关于x对称

|ln(x)|

f(|x|)y轴左方的部分去掉关于y对称

ln(|x|)

伸缩变换

f(kx)当k>1缩短到原来的1/k

白sinx红sin(2x))

f(kx)当0<k<1身长的原来的1/k

白sinx红sin(1/2x))

kf(x)y轴方向增加k倍

白sinx红2sinx蓝1/2sinx)

极坐标系

心形线(外摆线)

r=a(1cosθ)(a>0)r=a(1-cos\theta)(a>0)

画图描点

θ    0    π12        π4    r  0  23a    222a\theta \ \ \ \ 0 \ \ \ \ \frac{\pi}{12} \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{\pi}{4} \ \ \ \ \\ r \ \ 0 \ \ \frac{2-\sqrt{3}}a \ \ \ \ \frac{2-\sqrt{2}}{2}a

图像

2(1cosθ)2(1-cos\theta)

2(1cosθ)1cosθ12cosθ1cos2θ蓝2(1-cos\theta)\\ 红1-cos\theta\\ 紫1-2cos\theta\\ 白1-cos2\theta

玫瑰线

r=asinθ(a>0)r=asinθ(a>0)

画图使用描点法

θ  0  π12  π6  π4  π3  5π12  π2  7π12  2π3r  0  22a  a  22a  0  22a  a  22a  0\theta \ \ 0 \ \ \frac{\pi}{12} \ \ \frac{\pi}{6} \ \ \frac{\pi}{4} \ \ \frac{\pi}{3} \ \ \frac{5\pi}{12} \ \ \frac{\pi}{2} \ \ \frac{7\pi}{12} \ \ \frac{2\pi}{3}\\ r \ \ 0 \ \ \frac{\sqrt{2}}{2}a \ \ a \ \ \frac{\sqrt{2}}{2}a \ \ 0 \ \ -\frac{\sqrt{2}}{2}a \ \ -a \ \ -\frac{\sqrt{2}}{2}a \ \ 0

图像变换

r=4sin(3θ),r=2sin(6θ)红r=4sin(3\theta),蓝r=2sin(6\theta)

r=2sin(3θ),r=2(1sin(3θ))红r=2sin(3\theta),蓝r=2(1-sin(3\theta))

阿基米德螺线

r=aθ(a>,0,θ0)r=a\theta(a>,0,\theta\ge0)

图像

r=θ,(0<θ<6π)r=\theta,(0<\theta<6\pi)

伯努利双纽线

r2=a2cos2θr^2=a^2cos2\theta

画图

r2=22cos2θr^2=2^2cos2\theta

直角坐标系法

将极坐标的表达式使用基本方程的方法画出图像,再转化为极坐标图像

r=1cosθr=1-cos\theta

对数螺线

r=e0.3θr=e^{0.3\theta}

参数方程

摆线(平摆线)

{x=r(1sint)y=r(1cost)\begin{cases} x=r(1-sint)\\ y=r(1-cost) \end{cases}

图像

{x=1sinty=1cost\begin{cases} x=1-sint\\ y=1-cost \end{cases}

星形线(内摆线)

{x=rsin3ty=rcos3tt:x23+y23=r23\begin{cases} x=rsin^3t\\ y=rcos^3t \end{cases}\\ 消去t的直角坐标方程: x^{\frac{2}{3}}+y^{\frac{2}{3}}=r^{\frac{2}{3}}

图像

{x=sin3ty=cos3t\begin{cases} x=sin^3t\\ y=cos^3t \end{cases}

数列

等差数列

a1d(d0),a1,a1+d,a1+2d,...,a1+(n1)d,...an=a1+(n1)dnSn=n2[2a1+(n1)d]=n2(a1+an)首项为a_1,公差为d(d\ne0),a_1,a_1+d,a_1+2d,...,a_1+(n-1)d,...\\ 通项:a_n=a_1+(n-1)d\\ 前n项和:S_n=\frac{n}{2}[2a_1+(n-1)d]=\frac{n}{2}(a_1+a_n)

等比数列

a1,r(r0),a1,a1r,a1r2,...,a1rn1,...an=a1rn1nSn={na1,r=1a1(1rn)1r,r11+r+r2...+rn1=1rn1r,(r1)首项为a_1,公比为r(r\ne0),a_1,a_1r,a_1r^2,...,a_1r^{n-1},...\\ 通项:a_n=a_1r^{n-1}\\ 前n项和S_n=\begin{cases} na_1,r=1\\ \frac{a_1(1-r^n)}{1-r},r\ne1 \end{cases}\\ 常用1+r+r^2...+r^{n-1}=\frac{1-r^n}{1-r},(r\ne1)

常见数列

12+22+32+...+n2=n(n+1)(2n+1)611×2+12×3+13×4+...+1n×(n+1)=nn+11^2+2^2+3^2+...+n^2=\frac{n(n+1)(2n+1)}{6}\\ \frac{1}{1\times2}+\frac{1}{2\times3}+\frac{1}{3\times4}+...+\frac{1}{n\times(n+1)}=\frac{n}{n+1}

裂项相消

1+112+123...+1n(n+1)=1+1112+1213+...+1n1n+1=21n11+\frac{1}{1·2}+\frac{1}{2·3}...+\frac{1}{n·(n+1)}=1+\frac{1}{1}-\frac{1}{2}+\frac{1}{2}-\frac{1}{3}+...+\frac{1}{n}-\frac{1}{n+1}\\ =2-\frac{1}{n-1}

三角函数

三角函数表

诱导变换

sin(π2±α)=cosαcos(π2±α)=sinαsin(π±α)=sinαcos(π±α)=cosαkπ2ksin(\frac{\pi}{2}\pm\alpha)=cos\alpha\\ cos(\frac{\pi}{2}\pm\alpha)=\mp sin\alpha\\ sin(\pi\pm\alpha)=\mp sin\alpha\\ cos(\pi\pm\alpha)=-cos\alpha\\ 奇变偶不变,符号看象限,\frac{k\pi}{2}奇偶看k,看前面的象限符号

关系式

cscα=1sinα,secα=1cosα,cotα=1tanα,tanα=sinαcosα,cotα=cosαsinαsin2α+cos2α=1,1+tan2α=sec2α,1+cotα=csc2αcsc\alpha=\frac{1}{sin\alpha},sec\alpha=\frac{1}{cos\alpha},cot\alpha=\frac{1}{tan\alpha},tan\alpha=\frac{sin\alpha}{cos\alpha},cot\alpha=\frac{cos\alpha}{sin\alpha}\\ sin^2\alpha+cos^2\alpha=1,1+tan^2\alpha=sec^2\alpha,1+cot\alpha=csc^2\alpha

和差公式

sin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβcos(α±β)=cosαcosβsinαsinβtan(α±β)=tanα±tanβ1tanαtanβtan(α±β)=cotαcotβ1cotα±cotβsin(\alpha\pm\beta)=sin\alpha cos\beta\pm cos\alpha sin\beta\\ cos(\alpha\pm\beta)=cos\alpha cos\beta\mp sin\alpha sin\beta\\ tan(\alpha\pm\beta)=\frac{tan\alpha\pm tan\beta}{1\mp tan\alpha tan\beta}\\ tan(\alpha\pm\beta)=\frac{cot\alpha cot\beta\mp1 }{cot\alpha \pm cot\beta}

倍角公式

sin2α=2sinαcosα,cos2α=cos2αsin2α=12sin2α=2cos2α1sin3α=4sin3α+3sinα,cos3α=4cos3α3cosαtan2α=2tanα1tan2α,cot2α=cot2α12cotαsin2\alpha=2sin\alpha cos\alpha,cos2\alpha=cos^2\alpha-sin^2\alpha=1-2sin^2\alpha=2cos^2\alpha-1\\ sin3\alpha=-4sin^3\alpha+3sin\alpha,cos3\alpha=4cos^3\alpha-3cos\alpha\\ tan2\alpha=\frac{2tan\alpha}{1-tan^2\alpha},cot2\alpha=\frac{cot^2\alpha-1}{2cot\alpha}

半角公式

sin2α2=12(1cosα),cos2α2=12(1+cosα)sinα2=±1cosα2,cosα2=±1+cosα2tanα2=1cosαsinα=sinα1+cosα=±1cosα1+cosαcotα2=sinα1cosα=1+cosαsinα=±1+cosα1cosαsin^2\frac{\alpha}{2}=\frac{1}{2}(1-cos\alpha),cos^2\frac{\alpha}{2}=\frac{1}{2}(1+cos\alpha)\\ sin\frac{\alpha}{2}=\pm\sqrt{\frac{1-cos\alpha}{2}},cos\frac{\alpha}{2}=\pm\sqrt{\frac{1+cos\alpha}{2}}\\ tan\frac{\alpha}{2}=\frac{1-cos\alpha}{sin\alpha}=\frac{sin\alpha}{1+cos\alpha}=\pm\sqrt{\frac{1-cos\alpha}{1+cos\alpha}}\\ cot\frac{\alpha}{2}=\frac{sin\alpha}{1-cos\alpha}=\frac{1+cos\alpha}{sin\alpha}=\pm\sqrt{\frac{1+cos\alpha}{1-cos\alpha}}

积化和差公式

sinαcosβ=12[sin(α+β)+sin(αβ)]cosαsinβ=12[sin(α+β)sin(αβ)]cosαcosβ=12[cos(α+β)+cos(αβ)]sinαsinβ=12[cos(αβ)cos(α+β)]sin\alpha cos\beta=\frac{1}{2}[sin(\alpha+\beta)+sin(\alpha-\beta)]\\ cos\alpha sin\beta=\frac{1}{2}[sin(\alpha+\beta)-sin(\alpha-\beta)]\\ cos\alpha cos\beta=\frac{1}{2}[cos(\alpha+\beta)+cos(\alpha-\beta)]\\ sin\alpha sin\beta=\frac{1}{2}[cos(\alpha-\beta)-cos(\alpha+\beta)]

和差化积公式

sinα+sinβ=2sinα+β2cosαβ2sinαsinβ=2sinαβ2cosα+β2cosα+cosβ=2cosα+β2cosαβ2sinαcosβ=2sinα+β2sinαβ2sin\alpha+sin\beta=2sin\frac{\alpha+\beta}{2}cos\frac{\alpha-\beta}{2}\\ sin\alpha-sin\beta=2sin\frac{\alpha-\beta}{2}cos\frac{\alpha+\beta}{2}\\ cos\alpha+cos\beta=2cos\frac{\alpha+\beta}{2}cos\frac{\alpha-\beta}{2}\\ sin\alpha-cos\beta=-2sin\frac{\alpha+\beta}{2}sin\frac{\alpha-\beta}{2}\\

万能公式

u=tanx2(π<x<π)sinx=2u1+u2,cosx=1u21+u2若u=tan\frac{x}{2}(-\pi<x<\pi),则sinx=\frac{2u}{1+u^2},cosx=\frac{1-u^2}{1+u^2}

导数

导数严格大于零,函数严格单调增,必有反函数

基本求导公式

C=0(xu)=uxu1(tanx)=(secx)2(cotx)=(cscx)2(secx)=secxtanx(cscx)=cscxcotx(lnx)=1xlogax=1alnx(ln(x+x2+1))=1x2+1               (arcsinx)=11x2(arccosx)=11x2(arctanx)=11+x2(arccotx)=11+x2C'=0\\ (x^u)'=ux^{u-1}\\ (tanx)'=(secx)^2\\ (cotx)'=-(cscx)^2\\ (secx)'=secxtanx\\ (cscx)'=-cscxcotx\\ (ln|x|)'=\frac{1}{x}\\ log_a^x=\frac{1}{alnx}\\ (ln(x+\sqrt{x^2+1}))'=\frac{1}{\sqrt{x^2+1}} \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (arcsinx)'=\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\\ (arccosx)'=-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\\ (arctanx)'=\frac{1}{1+x^2}\\ (arccotx)'=-\frac{1}{1+x^2}

基本积分表

1x2+a2dx=ln(x+x2+a2)+C\int\frac{1}{\sqrt{x^2+a^2}}dx=ln(x+\sqrt{x^2+a^2})+C

极限

无限趋近的过程

limnnn+1=1\lim_{n \to \infty}\frac{n}{n+1}=1

证明上面数列第n项:

第n项与1之间的距离如下

nn+11=1n+1(0,ϵ),1n+1<ϵn>1ϵ1N,N>1ϵ11ϵnn+11<ϵ|\frac{n}{n+1}-1|=\frac{1}{n+1} \\ 让距离在(0,\epsilon),\frac{1}{n+1}<\epsilon\\ 则n>\frac{1}{\epsilon}-1\\ 从数列第N项开始,N>\frac{1}{\epsilon}-1都会保持与1的距离小于\epsilon\\ |\frac{n}{n+1}-1|<\epsilon

三步证明

xna<ϵn>g(ϵ)N=[g(ϵ)]+1 (1)(n>N)|x_n-a|<\epsilon\\ 反解出n>g(\epsilon)\\ 取N=[g(\epsilon)]+1 \ (意思是取整后加1)\\(n>N)

例题:

limn[1+(1)nn]=1(1)1+(1)nn1<ϵ(2)1n<ϵn>1ϵ(3)N=[1ϵ]+1n>Nn>1ϵ使1+(1)nn1<ϵ定义证明\lim_{n \to \infty}[1+\frac{(-1)^n}{n}]=1\\ 证:(1)距离|1+\frac{(-1)^n}{n}-1|<\epsilon\\ (2)\frac{1}{n}<\epsilon反解n>\frac{1}{\epsilon}\\ (3)取N=[\frac{1}{\epsilon}]+1\\ 故当n>N时,n>\frac{1}{\epsilon}使|1+\frac{(-1)^n}{n}-1|<\epsilon

数列极限定义

一数列,有常数a,对于任意ϵ>0,总有N,当n>N时|数列-a|<ϵ,则a是数列的极限,或数列收敛与a

如果没有a则数列是发散的

limnxn=1xn>a(n>)ϵNlimnxn=aϵ>0,N>0,n>Nxna<ϵ\lim_{n \to \infty}x_n=1或x_n->a(n->\infty)\\ 常用语言\epsilon-N:\lim_{n \to \infty}x_n=a,\forall\epsilon>0,\exists N>0,当n>N时,衡有|x_n-a|<\epsilon

∀是Arbitrary,∃是Exists

例题:

limnan=A,limnan=Aϵ>0,N>0,n>N,anA<ϵababanAanA<ϵlimnan=A证明:若\lim_{n \to \infty}a_n=A,则\lim_{n \to \infty}|a_n|=|A|\\ 证,\forall\epsilon>0,\exists N>0,当n>N时,|a_n-A|<\epsilon\\ 由不等式||a|-|b||\le|a-b|\\ ||a_n|-|A||\le|a_n-A|<\epsilon\\ 所以\lim_{n \to \infty}|a_n|=|A|成立\\ 倒着推不一定成立,因为极限的唯一性

拓展

limnan=0<=>limnan=0使\lim_{n \to \infty}a_n=0<=>\lim_{n \to \infty}|a_n|=0\\ 夹逼准则使用绝对值可以省去证明后面的

子数列

子数列来自数列,将偶数或奇数项变成子数列

  • 如果数列收敛,其任何子数列都收敛
  • 但凡有一个子数列发散,数列就发散
  • 如果俩个子数列收敛值不同,则数列就发散

性质

定理1:唯一性,给出极限时唯一的

定理2:有界性,极限有界

定理3:保号性,去掉lim的帽子符号保持不变(脱帽法)

limnan=a>0=>an>0(n>N)\lim_{n \to \infty}a_n=a>0=>a_n>0(n>N)

保号性拓展(戴帽法),一定要带等号

an>0,limnan=aa0\underbrace{a_n>0,且\lim_{n \to \infty}a_n=a}\\ a\ge0

极限运算规则

limnxn=alimnyn=b(1)limn(xn±yn)=a±b(2)limnxnyn=ab(3)b0,yn0limnxnyn=ab若:\lim_{n \to \infty}x_n=a,\lim_{n \to \infty}y_n=b\\ 则(1)\lim_{n \to \infty}(x_n\pm y_n)=a\pm b\\ (2)\lim_{n \to \infty}x_ny_n=ab\\ (3)b\ne0,y_n\ne0\lim_{n \to \infty}\frac{x_n}{y_n}=\frac{a}{b}

例题

limn(an+bn)=1,limn(anbn)=3,{an}{bn}{un=an+bn,limnun=1mn=anbn,limnmn=3limn(un+mn)=limn2xn=2limnxn=4limnan=2limn(unmn)limnbn=1设\lim_{n \to \infty}(a_n+b_n)=1,\lim_{n \to \infty}(a_n-b_n)=3,证\{a_n\}\{b_n\}存在并求值\\ \begin{cases} u_n=a_n+b_n,\lim_{n \to \infty}u_n=1 \\ m_n=a_n-b_n,\lim_{n \to \infty}m_n=3 \end{cases}\\ \lim_{n \to \infty}(u_n+m_n)=\lim_{n \to \infty}2x_n=2\lim_{n \to \infty}x_n=4\\ \lim_{n \to \infty}a_n=2\\ \lim_{n \to \infty}(u_n-m_n)同理\lim_{n \to \infty}b_n=-1

误区

使limn(an+bn)=limnan+limnbnlimnanbnan=(1)n,bn=(1)n+1上面的题目容易直接使用法则运算\\\lim_{n \to \infty}(a_n+b_n)=\lim_{n \to \infty}a_n+\lim_{n \to \infty}b_n\\其实不确定\lim_{n \to \infty}a_n 或 b_n是否存在\\ 如果a_n=(-1)^n,b_n=-(-1)^n+1极限都不存在

夹逼准则

{yn}{xn}{zn}yn<xzn;limnyn=a,limnzn=alimnxn=a如果数列\{y_n\}\{x_n\}\{z_n\}满足下列条件\\ y_n<x\le z_n;\lim_{n \to \infty}y_n=a,\lim_{n \to \infty}z_n=a\\ 则\lim_{n \to \infty}x_n=a

不纠结等号

例题

limn(nn2+1+nn2+2+...+nn2+n)n2n2+n<i=1nnn2+i<n2n2+1limnn2n2+1=1limnn2n2+n=1i=1nnn2+i=1limn(nn2+1+nn2+2+...+nn2+n)=1求极限\lim_{n \to \infty}(\frac{n}{n^2+1}+\frac{n}{n^2+2}+...+\frac{n}{n^2+n})\\ \frac{n^2}{n^2+n}<\sum_{i=1}^{n}\frac{n}{n^2+i}<\frac{n^2}{n^2+1}\\ \lim_{n \to \infty}\frac{n^2}{n^2+1}=1 \lim_{n \to \infty}\frac{n^2}{n^2+n}=1\\ 即\sum_{i=1}^{n}\frac{n}{n^2+i}=1\\ 所以\lim_{n \to \infty}(\frac{n}{n^2+1}+\frac{n}{n^2+2}+...+\frac{n}{n^2+n})=1

单调有界准则

单调有界数列必有极限

见到递推式an+1=f(an),一般用这个

例题

{xn}0<x1<π,xn+1=sinxn,limnxnn1,x2=sinx1sinx1<x1xn=sinxn1<xn1,x2<x1xn<x10<xn+1=sinxn<πxn0=>limnxnA=>A=sinA=>A=0limnxn=0设数列\{x_n\}满足0<x_1<\pi,x_{n+1}=sinx_n,证明\lim_{n \to \infty}x_n存在并求该极限\\ 证:n取1时,x_2=sinx_1根据不等式sinx_1<x_1\\ 设x_n=sinx_{n-1}<x_{n-1},x_2<x_1可推出x_n<x_1\\ 所以0<x_{n+1}=sinx_n<\pi\\ 故{x_n}单调递减有下界0=>\lim_{n \to \infty}x_n存在记为A=>A=sinA=>A=0\lim_{n \to \infty}x_n=0

函数极限

邻域

以点x为中心的任何开区间称为x的邻域,去心邻域是不包括x

函数极限定义

设函数f(x)在点x0的某一去心邻域有定义,若存在常数A,对任意给定的ϵ,总有正数δ使得0<|x-x0|<δ时,f(x)满足|f(x)-A|<ϵ,A是f(x)当x->x0时的极限

limxx0f(x)=Af(x)>A(x>x0)ϵδlimxx0f(x)=Aϵ>0,δ>0,0<xx0<δf(x)A<ϵϵXlimxf(x)=Aϵ>0,X>0,x>Xf(x)A<ϵ\lim_{x \to x_0}f(x)=A或f(x)->A(x->x_0)\\ 常用语言\epsilon-\delta:\lim_{x \to x_0}f(x)=A,\forall\epsilon>0,\exists\delta>0,当0<|x-x_0|<\delta时,衡有|f(x)-A|<\epsilon\\ 常用语言\epsilon-X:\lim_{x \to \infty}f(x)=A,\forall\epsilon>0,\exists X>0,当|x|>X时,衡有|f(x)-A|<\epsilon

单侧极限

limxx0f(x)=Af(x0)limxx0+f(x)=Af(x0+)limxx0f(x)=A<=>limnx0f(x),limxx0+f(x)左极限\lim_{x \to x_0^-}f(x)=A或f(x^-_0)\\ 右极限\lim_{x \to x_0^+}f(x)=A或f(x^+_0)\\ 充要条件\lim_{x \to x_0}f(x)=A<=>\lim_{n \to x_0^-}f(x),且\lim_{x \to x_0^+}f(x)\\

函数极限性质

唯一性

局部有界性

limxx0f(x)=AMδ,0<xx0<δ,f(x)Mlimxx0f(x)=A=>f(x)Mf(x)[a,b]f(x)[a,b]()f(x)(a,b)f(x)\lim_{x \to x_0}f(x)=A则有正常数M和\delta,当0<|x-x_0|<\delta,有|f(x)|\le M\\ \lim_{x \to x_0}f(x)=A=>|f(x)|\le M,不能反推\\ f(x)在[a,b]上连续 ,f(x)在[a,b]上有界\\ 有界函数和有界函数的和,差,积仍是有界函数(有限个)\\ 若f'(x)在有限区间(a,b)内有界,则f(x)在该区间内有界

局部保号性

limxx0f(x)=A>0,x>x0f(x)>0limf(x)=1,f(x)1若\lim_{x \to x_0}f(x)=A>0,则x->x_0时,f(x)>0\\ limf(x)=1,意思是不管多大区间f(x)都待在1旁边\\

脱帽法:

limxx0f(x)=A<=>f(x)=A+α(x),limxx0α(x)=0\lim_{x \to x_0}f(x)=A<=>f(x)=A+\alpha(x),\lim_{x \to x_0}\alpha(x)=0

戴帽法:

f(x)0,limxx0f(x)=AA0\\\underbrace{若f(x)\ge0,且\lim_{x \to x_0}f(x)=A}\\ A\ge0

自变量取值的双向性,因为极限的唯一性所以两个值的都不存在,遇到指数函数,绝对值,反三角函数,取整函数,都要分开讨论。

limxex,limxex=0,limx+ex=+,limx0sinxx,limx0+sinxx=1,limx0sinxx=1,limxarctanx,limxarctanx=π2,limx+arctanx=+π2,limx0[x],limx0+[x]=0,limx0[x]=1,\lim_{x \to \infty}e^x,\lim_{x \to -\infty}e^x=0,\lim_{x \to +\infty}e^x=+\infty,所以不\exists\\ \lim_{x \to 0}\frac{sinx}{|x|},\lim_{x \to 0^+}\frac{sinx}{x}=1,\lim_{x \to 0^-}\frac{sinx}{-x}=-1,所以不\exists\\ \lim_{x \to \infty}arctanx,\lim_{x \to -\infty}arctanx=-\frac{\pi}{2},\lim_{x \to +\infty}arctanx=+\frac{\pi}{2},所以不\exists\\ \lim_{x \to 0}[x],\lim_{x \to 0^+}[x]=0,\lim_{x \to 0^-}[x]=-1,所以不\exists

例题

alimx0(e1xπe2x+1+aarctan1x)alimx0+(e1xπe2x+1+aarctan1x)=limx0(0e(1x)2+1+e1xπe(1x)2+1+aarctan1x)=01+aπ2=π2alimx0(e1xπe2x+1+aarctan1x)=π1+aπ2=π+π2aπ2a=π+π2aa=1limx0(e1xπe2x+1+aarctan1x)=π2设a为常数,且\lim_{x \to 0}(\frac{e^{\frac{1}{x}}-\pi}{e^{\frac{2}{x}}+1}+a·arctan\frac{1}{x})存在,求a的值,并计算极限 。\\ 解:极限中有指数所以有双向性\\ \lim_{x \to 0^+}(\frac{e^{\frac{1}{x}}-\pi}{e^{\frac{2}{x}}+1}+a·arctan\frac{1}{x})\\ 看次数最大的比值=\lim_{x \to 0}(\frac{0·e^{(\frac{1}{x})^2}+1+e^{\frac{1}{x}}-\pi}{e^{(\frac{1}{x})^2}+1}+a·arctan\frac{1}{x})\\ =\frac{0}{1}+a·\frac{\pi}{2}=\frac{\pi}{2}a\\ \lim_{x \to 0^-}(\frac{e^{\frac{1}{x}}-\pi}{e^{\frac{2}{x}}+1}+a·arctan\frac{1}{x})\\ =\frac{-\pi}{1}+a·-\frac{\pi}{2}=-\pi+-\frac{\pi}{2}a\\ 因为极限存在所以唯一\\ \frac{\pi}{2}a=-\pi+-\frac{\pi}{2}a\\ a=-1\\ \lim_{x \to 0}(\frac{e^{\frac{1}{x}}-\pi}{e^{\frac{2}{x}}+1}+a·arctan\frac{1}{x})=-\frac{\pi}{2}

极限运算规则

limf(x)=A,limgx()=Blim[kf(x)±lg(x)]=klimf(x)±llimg(x)=kA±lB,(k,l)lim[f(x)g(x)]=limf(x)limg(x)=ABlim[f(x)]n=[limf(x)]n,(n)limf(x)g(x)=limf(x)limg(x)=AB,(B0)若\lim f(x)=A,\lim gx()=B,那么\\ \lim[kf(x)\pm lg(x)]=k\lim f(x)\pm l\lim g(x)=kA\pm lB,(k,l为常数)\\ \lim[f(x)·g(x)]=\lim f(x)·\lim g(x)=A·B\\ \lim[f(x)]^n=[\lim f(x)]^n,(n为正整数)\\ \lim \frac {f(x)}{g(x)}=\frac{\lim f(x)}{\lim g(x)}=\frac{A}{B},(B\ne0)

夹逼准则

f(x)g(x)h(x)g(x)f(x)h(x)limg(x)=A,limh(x)=Alimf(x)limf(x)=A如果函数f(x),g(x)好人h(x)满足\\ g(x)\le f(x) \le h(x)\\ \lim g(x)=A,\lim h(x)=A\\ 则\lim f(x)存在,且\lim f(x)=A

洛必达法则

limxa/f(x)F(x)00f(x)F(x)0F(x)0,limxa/f(x)F(x)F(x)0,limxa/f(x)F(x)=limxa/f(x)F(x)当\lim_{x \to a/\infty}\frac{f'(x)}{F'(x)}是\frac{0}{0}型即f'(x)F'(x)都是0\\ 且F'(x)\ne 0,\lim_{x \to a/\infty}\frac{f'(x)}{F'(x)}存在或无穷大\\ 则F'(x)\ne 0,\lim_{x \to a/\infty}\frac{f(x)}{F(x)}=\lim_{x \to a/\infty}\frac{f'(x)}{F'(x)}

limxa/f(x)F(x)f(x)F(x)0F(x)0,limxa/f(x)F(x)F(x)0,limxa/f(x)F(x)=limxa/f(x)F(x)当\lim_{x \to a/\infty}\frac{f'(x)}{F'(x)}是\frac{\infty}{\infty}型即f'(x)F'(x)都是0\\ 且F'(x)\ne 0,\lim_{x \to a/\infty}\frac{f'(x)}{F'(x)}存在或无穷大\\ 则F'(x)\ne 0,\lim_{x \to a/\infty}\frac{f(x)}{F(x)}=\lim_{x \to a/\infty}\frac{f'(x)}{F'(x)}

泰勒公式

sinx=xx33!+o(x3),             cosx=1x22!+x44!+o(x4)arcsinx=x+x33!+o(x3),            tanx=x+x33+o(x3)arctanx=xx33+o(x3),            ln(1+x)=xx22+x33+o(x3)ex=1+x+x22!+x33!+o(x3),         (1+x)α=1+αx+α(α1)2!x2+o(x2)sinx=x-\frac{x^3}{3!}+o(x^3), \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ cosx=1-\frac{x^2}{2!}+\frac{x^4}{4!}+o(x^4)\\ arcsinx=x+\frac{x^3}{3!}+o(x^3),\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ tanx=x+\frac{x^3}{3}+o(x^3)\\ arctanx=x-\frac{x^3}{3}+o(x^3),\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ln(1+x)=x-\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{3}+o(x^3)\\ e^x=1+x+\frac{x^2}{2!}+\frac{x^3}{3!}+o(x^3),\ \ \ \ \ \ \ \ \ (1+x)^\alpha=1+\alpha x+\frac{\alpha(\alpha-1)}{2!}x^2+o(x^2)

sin=163狗-sin狗=\frac{1}{6}狗^3

无穷小运算规则

  • 有限个无穷小的和是无穷小
  • 有界函数数与无穷小的乘积是无穷小
  • 有限个无穷小的乘积是无穷小

o(xm)±o(xn)=o(xmin{m,n})()o(xm)o(xn)=o(xm+n)/xmo(xn)=o(xm+n)()o(xm)=o(kxm)=ko(xm)k0()o(x^m)\pm o(x^n)=o(x^{min\{m,n\}})(加减法低阶吸收高阶)\\ o(x^m)· o(x^n)=o(x^{m+n})/x^m· o(x^n)=o(x^{m+n})(乘法阶乘累加)\\ o(x^m)=o(kx^m)=ko(x^m)k\ne 0 (非零常数相乘不影响)

A/B型,适用于上下同阶原则,把分子分母展开到相同的次幂

A-B型,幂次最低原则,可以转化为A+(-B),A和B分别展开到他们的系数不相等的x的最低次幂为止

题目一

x>0,xsinxsinx=1x116x3+o(x3)xsinx=16x3+o(x3)xsin>16x3x->0,求x-sinx\\ sinx=1·x^1-\frac{1}{6}x^3+o(x^3)\\ x-sinx=\frac{1}{6}x^3+o(x^3)\\ x-sin->\frac{1}{6}x^3

题目二

x>0,x+sinxx(sinx)sinx=1xx(sinx)=2x+o(x)x+sinx=2xx->0,求x+sinx\\ x-(-sinx)\\ -sinx=-1·x\\ x-(-sinx)=2x+o(x)\\ x+sinx=2x

常用等价无穷小

x>0sinx>x,tanx>x,arcsinx>x,arctanx>x,ln(1+x)>xex1>x,ax1>xlna,1cosx>12,(1+x)α>1αx,xlnx>0limx1lnx=(x1)使sing(x)>g(x)sinx3>x3x->0\\ sinx->x,tanx->x,arcsinx->x,arctanx->x,ln(1+x)->x\\ e^x-1->x,a^x-1->xlna,1-cosx->\frac{1}{2},(1+x)^\alpha->1\alpha x,xlnx->0\\ \lim_{x \to 1}lnx=(x-1)\\ 使用等价代换sing(x)->g(x)则sinx^3->x^3

无穷大无穷小都只是一个过程,任何数都不会是无穷大,如果f(x)为无穷大,则1/f(x)是无穷小

limα(x)β(x)=00=0,α(x)β(x)α(x)=o(β(x))limα(x)β(x)=00=,α(x)β(x)limα(x)β(x)=c0,α(x)β(x)limα(x)β(x)=1,α(x)β(x)α(x)β(x)limα(x)[β(x)]k=c0,α(x)β(x)k若\lim \frac{\alpha(x)}{\beta(x)}=\frac{0}{0}=0,则\alpha(x)是比\beta(x)高阶无穷小,\alpha(x)=o(\beta(x))\\ 若\lim \frac{\alpha(x)}{\beta(x)}=\frac{0}{0}=\infty,则\alpha(x)是比\beta(x)低阶无穷小\\ 若\lim \frac{\alpha(x)}{\beta(x)}=c\ne0,则\alpha(x)与\beta(x)同阶无穷小\\ 若\lim \frac{\alpha(x)}{\beta(x)}=1,则\alpha(x)与\beta(x)等价无穷小,\alpha(x)-\beta(x)\\ 若\lim \frac{\alpha(x)}{[\beta(x)]^k}=c\ne0,则\alpha(x)是\beta(x)k阶无穷小

未定式

00=0={1=010=00(xα,ex)0,00,1=>uv=evlnu={0>e000>e01>e0\frac{0}{0}=\frac{\infty}{\infty}\\ 0·\infty=\begin{cases}\frac{1}{\infty}·\infty=\frac{\infty}{\infty}\\ 0·\frac{1}{0}=\frac{0}{0} \end{cases}\\ 设置分母简单因式(x^\alpha,e^x)才下方,形成不稳定三角形。\\ \infty-\infty 和差化积\\ \infty^0,0^0,1^\infty=>u^v=e^{vlnu}=\begin{cases} \infty^0->e^{0·\infty}\\ 0^0->e^{0·\infty}\\ 1^\infty->e^{\infty·0} \end{cases}

归结原则

设f(x)在U(x_0,\delta)内有定义\\ 则\lim_{x \to x_0}f(x)=A存在<=>对任何U(x_0,\delta)内以x_0为极限的数列\{xn\},极限\lim_{x \to \infty}=A存在\\ \lim_{x \to x_0}f(x)=A存在<=>\lim_{x \to \infty}=A存在\

题目一

limx0e1x2x100使x2=tlimt0=ett50=t50et=0et=0\lim_{x \to 0}\frac{e^{-\frac{1}{x^2}}}{x^{100}}不能使用洛必达,头轻脚重,换成到三角形\\ x^{-2}=t,则\lim_{t \to 0}=\frac{e^{-t}}{t^{-50}}=\frac{t^{50}}{e^t}洛必达=\frac{0}{e^t}=0

题目二

limxx(x2+100+x)=xx2+100x2x2+100x=100xx2+100xx=t.limx+=100xx2+100x=1001+100x2+1=50\lim_{x \to -\infty}x(\sqrt{x^2+100}+x)=x\frac{x^2+100-x^2}{\sqrt{x^2+100}-x}=\frac{100x}{\sqrt{x^2+100}-x}\\ x=-t.则\lim_{x \to +\infty}=\frac{-100x}{\sqrt{x^2+100}-x}=\frac{-100}{\sqrt{1+\frac{100}{x^2}}+1}=-50

题目三

limx0+xlnx=lnxx1=x1x2=x=>0\lim_{x \to 0^+}xlnx=\frac{lnx}{x^{-1}}洛必达=\frac{x^{-1}}{x^{-2}}=x=>0

题目四

limx1lnxln(1x)=(1x)ln(1x)t=(1x),limt0+tlnt=0=0\lim_{x \to 1^-}lnxln(1-x)画图=(1-x)ln(1-x)\\ t=(1-x),则\lim_{t \to 0^+}tlnt=0·-\infty=0

题目五

limx0arcsinxarctanxsinxtanx=x+x36+o(x3)[xx33+o(x3)]xx36+o(x3)[x+x33+o(x3)]=x32x32=31\lim_{x \to 0}\frac{arcsinx-arctanx}{sinx-tanx}泰勒=\frac{x+\frac{x^3}{6}+o(x^3)-[x-\frac{x^3}{3}+o(x^3)]}{x-\frac{x^3}{6}+o(x^3)-[x+\frac{x^3}{3}+o(x^3)]}=\frac{-\frac{x^3}{2}}{\frac{x^3}{2}}=3-1

函数连续与间断

连续点

函数在某去心邻域有定义

f(x)x0limxxo=f(x0),x0函数f(x)在点x_0的某一邻域内有定义,且有\lim_{x \to x_o}=f(x_0),则函数有在x_0处连续

间断点

函数在某去心邻域有定义

**可去间断点:**极限有定义且函数存在(或函数无定义)但是两者不等。可以补充定义使得连续,故又叫可补间断点

**跳跃间断点:**左极限和右极限都存在但不等故极限不存在,称为跳跃间断点

无穷间断点

limxx0f(x)=,y=1x,x=0若\lim_{x \to x_0}f(x)=\infty,则这类间断点称为无穷间断点,如函数y=\frac{1}{x},点x=0处为无穷间断点。

振荡间断点

limxx0f(x)y=sin1x,x=0若若\lim_{x \to x_0}f(x)震荡不存在,称这类间断点为振荡间断点,如y=sin\frac{1}{x},x=0无定义

题目一

讨论间断点看两类点

  • 分段函数的分段点
  • 无定义点

f(x)=lnxx1sinx,f(x)x=1,x=0f(1)f(0)limx1lnxx1sinx={x1+sin1x1sin1x=1limx0lnx1sinxlimx0xlnx=0x=0设函数f(x)=\frac{ln|x|}{|x-1|}sinx,则f(x)间断点是\\ x=1,x=0时无定义f(1)不存在f(0)不存在\\ \lim_{x \to 1}\frac{lnx}{|x-1|}sinx=\begin{cases}x \to 1^+\to sin1\\x \to1^-\to -sin1\end{cases}\\ x=1是跳跃间断点\\ \lim_{x \to 0}\frac{ln|x|}{1}·sinx\\ \lim_{x \to 0}xlnx=0\\ x=0是可去间断点

拉格朗日中值定理

f(b)f(a)=f(ξ)(ba)f(b)-f(a)=f'(\xi)(b-a)

其他公式

极限变换公式

1ef(x)eg(x)=eg(x)[ef(x)g(x)1]f(x)g(x)(1),e^{f(x)}-e^{g(x)}=e^{g(x)}[e^{f(x)-g(x)}-1]等价f(x)-g(x)

华里士公式

0π2sin6xdx=563412π20π2cos5xdx=4523\int^\frac{\pi}{2}_0sin^{6}xdx=\frac{5}{6}·\frac{3}{4}·\frac{1}{2}·\frac{\pi}{2}\\ \int^\frac{\pi}{2}_0cos^{5}xdx=\frac{4}{5}·\frac{2}{3}