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怎樣理解極限的保號性?

作者:由 矢口 發表于 攝影時間:2022-02-09

怎樣理解極限的保號性?董靖許2022-02-09 17:24:03

我想極限的保號性應該

不難理解

。 具體說來,提供以下兩種理解方法。

理解1:通俗版本

“極限”就是“無限接近”的意思。

以極限

\lim_{x \to x_0} f(x) = A

為例,這個式子的通俗理解,就是說當

x

無限接近於

x_0

時,相應地,

f(x)

就無限接近於常數

A

。 因此,當

x

x_0

足夠接近(但不是無限接近)時,

f(x)

也會與

A

足夠接近。

假設

A

為正數,即

A>0

。 那當

f(x)

A

足夠接近時,自然地,

f(x)

A

就應該有相同的符號(即

f(x) > 0

)了吧?(不管

|A|

有多麼小,這一點總是可以實現的。)

對於

A<0

的情形也是同理。

對於極限

\lim_{x \to \infty} f(x) = A

,只需把“

x

無限接近於

x_0

”和“

x

x_0

足夠接近”分別替換為“

|x|

無限增大”和“

|x|

足夠大”即可,其餘不變。

理解2:證明版本

還是以極限

\lim_{x \to x_0} f(x) = A

為例,它的規範的數學定義如下(以下內容是我背誦出來的,沒翻書,但應該是正確的):

f(x)

x_0

的某一去心鄰域內有定義,如果對於任意正數

\varepsilon

(不管它多麼小),總存在正數

\delta

,使得當

0 < |x - x_0| < \delta

時,總有

|f(x) - A| < \varepsilon \\

成立,其中

A

是常數,則稱

A

f(x)

在趨勢

x \to x_0

下的極限,記作

\lim_{x \to x_0} f(x) = A. \\

那現在我們已經知道

\lim_{x \to x_0} f(x) = A

了,結合以上的極限定義,就知道對於任意的正數

\varepsilon

,總存在正數

\delta

,使得當

0 < |x - x_0| < \delta

時,有

|f(x) - A| < \varepsilon, \\

而上式等價於

A-\varepsilon < f(x) < A+\varepsilon. \\

注意到

\varepsilon

是任取的,那我們可以給

\varepsilon

取一個比

|A|

小的值(這裡假定

A \neq 0

),這樣,當

A>0

時,下限

A - \varepsilon > 0

,於是有

f(x) > 0

;當

A<0

時,上限

A + \varepsilon < 0

,於是有

f(x) < 0

再結合極限定義,知對於每個特定的

\varepsilon

值,存在正數

\delta

,使得當

x

處於

x_0

的去心

\delta

鄰域內,以上不等式成立。

對於

x \to \infty

的情形,將

\exists \ \delta>0, \ 0<|x-x_0|<\delta

改為

\exists \ X>0, \ |x|>X

即可。

以上兩種方法結合起來使用效果最佳。 個人感覺並不算很難理解,答主再仔細琢磨琢磨吧~

個人認為,關鍵是不要拘泥於那些符號和式子,而是要能夠使用自然語言,發自內心地理解/描述出這些符號和式子背後的東西,然後再將自然語言轉化為數學語言。 這些符號和式子,有時更多地像是對我們一些直覺上的、樸素的理解所進行的嚴謹化(因為我們的直觀理解會有些模稜兩可)。

標簽: 極限  正數  接近  理解  式子