前言
海涅定理是沟通数列极限与函数极限之间的桥梁。根据海涅定理,求函数极限可化为求数列极限,而求数列极限可化为求函数极限,应用海涅定理人们可以把函数极限问题转化(归结)成数列问题,因而人们又称它为归结原则
注:本篇文章不会去探讨海涅定理的证明过程,如有需要读者可自行了解
定理
定理表述
极限
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\lim_{x\to a}f(x)=b
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存在的充要条件是:取f(x)定义域内的任意数列\{a_n\},有
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\lim_{n\to \infty}a_n=a,且a_n\ne a,有\lim_{n\to \infty}f(a_n)=b
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笔者的理解
笔者:也就是说,若要获得一个函数在趋于a时的极限b,我们可以考虑构造在其定义域内的一个数列,在条件合适时,我们应有
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\lim_{x\to a}f(x)=\lim f(函数定义域内任意极限为a的数列)
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同样的,若要获得一个数列的极限b,我们可以考虑构造一个特殊的函数f(x),使将我们要求极限的数列代入这个函数后可获得
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a_n=f(n)
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因为\{n\}这个数列的极限是正无穷,若函数f(x)在x趋于正无穷时有极限b,则a_n=f(n)在n趋于无穷时的极限,应等于b
*:注意到我们使用了特殊的数列{n}来帮助我们获得待求数列的极限,有些时候求函数在趋于正无穷时的极限较为麻烦,我们也可以使用{1/n}这个数列,那么此时我们只需要求函数在趋于0+时的极限即可
实战
一:判断函数极限不存在
e.g:证明lim_{x\to 0^+}\sin(\frac{1}{x})的极限不存在
证:
由之前我们提到的:
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\lim_{x\to a}f(x)=\lim f(函数定义域内任意极限为a的数列)
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我们可以构造两个收敛于0^+的数列,并计算f(这两个数列)的极限,若得到的两个值不同,则该函数极限不存在
故构造a_n=\frac{1}{2\pi n},b_n=\frac{1}{2\pi n+\frac{\pi}{2}},这两个数列均收敛于0,将这两个数列代入函数后,易得极限不同,故得证
二、求数列的极限
e.g: 数列极限\lim_{n\to \infty}(ntan\frac{1}{n})^{n^2}
= \lim_{x->0^+}(\frac{\tan x}{x})^{\frac{1}{x^2}}
注:我们使用了特殊数列\{\frac{1}{n}\}
此时极限变为函数极限,为1^\infty型,易得答案为e^{\frac{1}{3}}
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