第一章函数的极限与连续.doc
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1、个人收集整理 勿做商业用途第一章 函数的极限与连续第一节 函数与极坐标本节基本要求: 1.理解函数、复合函数和反函数的概念;2.了解函数的几个初等性质;3.掌握求函数定义域和函数值的方法,会把复合函数分解为简单函数;4.牢记基本初等函数的定义、定义域、基本性质和图像特征。初等数学研究对象:常量高等数学研究对象:变量在研究过程中往往不独立,且相互依赖。 函数,极限方法是研究变量的一种基本方法.如:自由落体运动一、区间和邻域1、区间区间分为有限区间和无穷区间两大类。有限区间是指介于两个实数和之间的所有实数组成的集合,其具体定义如下。定义1 (1)满足不等式的所有实数组成的集合,称为以a, b为端点
2、的闭区间,记作;(2)满足不等式的所有实数组成的集合,称为以a, b为端点的开区间,记作;(3)满足不等式或的所有实数组成的集合, 称为以a, b为端点的半开半闭区间记作。上述三种实数集合统称为有限区间。(其长度均为)定义2 (1)满足不等式或的所有实数组成的集合,记作或;(2)满足不等式或的所有实数组成的集合,记作或;(3)满足不等式的所有实数组成的集合,记作。上述三种实数集合统称为无穷区间.注: 1.符号“”和“”分别读作“正无穷大与“负无穷大”.它们不是数,仅仅是记号.2.区间的表示在数轴上,有限区间用有限线段来表示;而无穷区间用射线或整个数轴来表示.区间还有如下的表示法;;;.2、邻域
3、定义3 设与是两个实数,且。数集称为点的邻域,记作,即=,点称为的中心,称为的半径。注:1因为等价于。所以点的邻域还可以表示为开区间. 从数轴上看,点的邻域表示了以点为中心,长度为2的开区间,如图所示.a+a-a 0 X2。有时用到的邻域需要把邻域的中心去掉. 点的邻域去掉中心后,称为点的去心邻域,记作,即=这里表示了。a+a-a 0 X例1。解不等式解1.解2.综上,不等式的解为例2.用区间表示下列不等式的所有x的集合(1) (2) 例3.用区间表示点集,并在数轴上表示出来.解: 二、函数1、函数的概念定义1:若D是的一个非空子集,设有一个对应规则f,使每一个,都有一个确定的实数y与之对应,
4、则称这个对应规则f为定义在D的一个函数,或称变量y是变量x的函数,记为数集D称为函数f的定义域,记为;叫函数的自变量,叫函数的因变量,而全体函数值的集合称为函数的值域,记为。当时,有确定值,与其对应,称是函数在处的函数值.在平面直角坐标系下,点集称为函数的图像.注:1.习惯上,我们常常只给出对应规则,而未指明其定义域.此时定义域是指按给定规则有一个确定实数y值与之对应的所有x值构成的集合。 2。函数的定义域可以用区间、集合或不等式(组)来表示。确定定义域时一般注意:分母不为0;开偶次方被开方数非负;对数中真数要大于0. 3。单值函数:只有一个值(确定的值)与对应,(讨论)多值函数:多于一个值(
5、确定的值)与对应,(不讨论)例1。 2、函数表示法(1)表格法(2)图示法(3)公式法:用数学式子表示函数例2.例3.绝对值函数 例4. 例5。(取整函数) (不大于x的最大整数)以上四个例子均为函数。其中例4,例5是分段函数。(在自变量的不同变化范围中,对应规则用不同式子表示的函数称为分段函数)注:1。在用公式法表示函数时,若其定义域(存在域)是使这一式子有意义的自变量所取值的全体时,定义域可以省略不写,也称为自然定义域。 2.分段函数是用几个公式和起来表示一个函数,而不是表示几个函数,在实际应用中常用到这种表示形式3。有些函数不能用上述三种方法来表示,只能给以描述,例如函数和函数。3、函数
6、的相等定义2: 设函数,具有相同的定义域D,若,均有,则称函数与相等,记作.注:两个函数是否相等只与函数的定义域、对应规则及函数值有关,而与自变量用什么字母无关.例6.研究函数是不是相同的函数. 解: 不是相同的函数,因为定义域不同。例7.判断下列各组函数是否相等(1)(2)解: (1)由于的定义域为,而的定义域为,故(2)由于的定义域为,而的定义域为,故.4、函数符号的使用函数中的“表示函数关系中的对应规则,即对每一个,按规则f 有一个确定的y值与之对应.; 表示将规则f 作用于x,如果把中括号内的x转换成中某个具体数值或表示数值的字母以及某个数学式子,则表示将规则作用于那个具体数值或表示数
7、值的字母以及那个数学式子.例8。已知解: 例9。设解: 例10.已知函数.解:5、隐函数自变量与因变量的对应规则用一个方程表示的函数,称为隐函数。有些可以显化,有些不可以显化.三、函数的几种简单性质1、有界性定义1.设的定义域为D,数集XD(1)若,使对,有,则称在X上有上界(下界),否则称在X上无上界(下界);称为函数在X上的一个上界(下界)(2)若,使对,有,则称在X上有界,否则称为无界。注:1 。函数的有界性一定要注意范围。如:无界,在(1,2)有界2 .有界有下界,有上界;反之未必.2、单调性:定义2.函数的定义域为D,区间ID,若在I内随增大而增大(减小),即:,恒有,则称在I内单调
8、增加的(单调减少的)。注:单增函数的图像是沿x轴正向逐渐上升的;单减函数的图像是沿x轴正向逐渐下降的.例1.证: 可证。但在定义域内不单调。 (在定义域内单调性因子区间的不同而不同)例2。判断函数的单调性。 解: 函数y = f (x)的定义域为, 综上, 都有,即函数在单调递增。3、奇偶性:定义3.设函数的定义域D关于原点对称,若对任一,满足(判断函数奇偶性应先写出定义域)(1),则称为偶函数;(2) f (x) =f ( x ),则称f ( x )为奇函数.注:偶函数图像关于轴对称,奇函数图像关于原点对称以上三个函数的定义域均为如: 4、周期性:定义4。 设函数的定义域为D,若存在一个正数
9、,使得对于任一有,且,对D内任一值成立,则称为周期函数, 称为的周期.注:1。若是的周期,则k(k为正整数)也是的周期,通常周期是指最小正周期。如: 2。不是每一个周期函数都有最小正周期。如:狄利克雷(Dirichlet)函数 (或)每一个有理数都是它的周期,由于在正有理数中没有最小的正有理数,因此该函数没有最小周期。四、初等函数1、反函数定义1.设是定义在上的一个函数,值域为。若对有一个确定的且满足的与之对应,其对应规则记作,这个定义在上的函数称为的反函数。或称它们互为反函数. (在函数的定义中,若是从到的一一映射,则它的逆映射称为函数的反函数,记为.)注:1.记等价。2。与的图形关于直线对
10、称。如: 反函数 对称.3。的定义域是的值域,的值域是的定义域。4 若存在反函数,则也存在反函数就是,即,亦即互为反函数,且有。5 设在D上有定义,且在D上存在反函数有 。即一一对应6 在D上严格增(减)在D上存在反函数,且在上仍严格增(减),若的图象与任一平行于横轴的直线至多有一个交点,则函数具有反函数。7 由定义可知,不是每个函数都有反函数.如:在上没有反函数,在上有反函数,在上有反函数。8。由函数求它的反函数的步骤:(1) 由方程解出x,得;(2)将函数中的x,y分别换为y和x,即得到反函数.2、基本初等函数(1)常数函数: ,定义域(2)幂函数:是常数),定义域由而定 (3)指数函数:
11、,定义域 (4)对数函数:,定义域(5)三角函数:(6)反三角函数: (7)。双曲函数和反双曲函数双: 反双:注:双曲函数有类似三角函数的一些公式。常数函数、幂函数、指数函数、对数函数、三角函数、反三角函数等六类函数统称为基本初等函数。3、复合函数定义2设函数的定义域为,函数在上有定义,且则有下式确定的函数, 称为由函数构成的复合函数,并称为外函数,为内函数,为中间变量,为自变量,为因变量.多个函数能够构成复合函数的过程叫函数的复合运算。注: 1.函数能构成复合函数的条件是:函数在上的值域必须包含在的定义域内,即,否则,不能构成复合函数.故为了使复合有意义,有时复合函数的定义域要缩小一些。亦即
12、并非任两个函数均能复合成一个复合函数。如:不是的定义域内。2。两个以上的函数也可复合成一个复合函数.如:则这里都是中间变量,复合函数的定义域是而不是的自然定义域3.复合函数的顺序不能交换,即。 4。利用复合函数的概念,可以将一个较为复杂的函数看成几个简单函数复合而成,这样便于对函数进行研究.例1。函数可以看成是由复合而成。例2。已知.考察是否是复合函数?若是,求出其定义域。解: (1) 因为,所以是复合函数,其定义域为 (2) 因为,所以不是复合函数。4、函数的运算设函数的定义域分别为,则可以定义这两个函数的下列运算:(注意定义域)(1)和(差)(2)积(3)商5、初等函数定义3由基本初等函数
13、经过有限次四则运算与有限次复合运算所构成,并可用一个式子表示的函数称为初等函数.如:注:这里没有指出定义域,就是以其存在域为定义域。注:1。如何确定初等函数的存在域,可按下列步骤进行:分析所给函数是由哪几个基本初等函数经过哪几个运算步骤得到的;定出这些基本初等函数的存在域,并指出每次运算对它们的存在域所加的限制;把一切限制条件综合起来,就能确定函数的存在域。如:的和,所以它的存在域是的存在域的公共部分,由于的存在域是。是函数的复合函数,由于的存在域是的存在域是,所以的存在域是,因此的存在域是的公共部分,即2.2。不是初等函数的函数称为非初等函数,(一般地,分段函数不是初等函数)例如:狄利克雷(
14、Dirichlet)函数 五、极坐标在平面内取一个定点O,叫做极点;引一条射线OX,叫做极轴;再选一个长度单位和角度的正方向(通常取逆时针方向).对于平面内任一点,用r表示线段的长度(极径)表示从到的角度(极角)。有序数对(r,)叫点的极坐标.特别地,当点在极点时,它的极坐标r0,可取任意值. 0 x注:1。在一般情况下,极径都取正值,但在某些必要的情况下,也允许取负值.当r n)。为使运费最省,想在铁路上另修一小站M作为转运站,则运费的多少决定于M的地点。试将运费表为距离的函数. 解: 以点B为原点,BC方向为正建立坐标轴,设 则 故 七、函数图形的简单组合与变换1、迭加已知和的图形,作的图
15、形,只要在同一横坐标出将两图形的纵坐标迭加起来即可.2、翻转已知的图形,作的图形,可以在同一横坐标处将图形的纵坐标改变正负号,若图形在x轴上方翻转到下方,若图形在x轴下方翻转到上方,即作以x轴为对称轴的对称图形.3、放缩已知的图形,作的图形当时,在同一横坐标处将图形的纵坐标放大k倍;当时,在同一横坐标处将图形的纵坐标缩小;当时,既放缩有翻转。4、平移已知的图形,作的图形当C 0时,将的图形向上平移距离C;当C 0时, 将的图形向下平移距离。常用的一些符号:R实数集 Q有理数集 Z整数集 N正整数集 作业: 第二节 极限教学目标:1 理解数列极限的概念,了解数列极限的定义; 2 理解当自变量趋于
16、有限值时函数的极限(包括左、右极限)的概念,了解极限的定义;3理解当自变量趋于无穷大时函数的极限的概念,了解极限的 定义;4了解收敛数列的有界性及函数极限的保号性。重点:理解极限的概念难点:用定义证明极限(收敛、发散)教学内容:数列的极限引入:极限是研究微积分的主要方法,极限思想、极限方法在微积分中非常重要例如,导数的定义是一种构造性极限极限,而定积分是一种特殊合式的极限,因此有极限理论是微积分的奠基石之说极限是为求精确解而产生的求圆面积问题:古代数学家刘徽(公元3世纪)利用圆内接正多边形来推算圆面积的方法古代割圆术,就是极限思想在几何学上的应用.设有一圆,欲求其面积S极限思想第一次:内接正六
17、边形 边数为 多边形面积为第二次:内接正十二边形 边数为 多边形面积为 第次:内接正边形 边数为 多边形面积为 分析:越大,多边形与圆越接近,越接近圆面积S,但毕竟是正多边形的面积。设想:无限增大,则多边形就无限接近圆,而无限接近一定值圆的面积称这一定值为当时的极限结论:这个数列的极限精确表达了圆面积。此外,庄子天下篇中“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”一、数列1、数列的定义若按某一法则,对每个,对应着一个确定实数,这些实数按照下标从小到大排列成一个序列:就叫做数列。简记:数列,其中:每一个数叫数列的项,第项叫数列的通项(一般项).如: 通项: 极限: 1 无 无 12、几何解释:数列可看作数
18、轴上一动点,它依次取数轴上的点 3、数列可以看作自变量为正整数的特殊(有顺序)函数,即,定义域为全体正整数,.注:问题:时,是否无限接近一定数?(数与接近程度可用 量,越小,与越接近。)二、数列的极限1、定义例1. 是否接近于1?越大,越小,与1越接近。用表示与11叫当时的极限。定义:设数列是给定的数列,如果,对,总存在正整数N,使对于的一切,不等式都成立,则称常数是数列的极限或称数列收敛于。记作:或,否则,称数列没有极限,或称数列是发散的。注:(1)数列极限的定义通常称为定义: (2)必须是任意给定,才能保证无限接近的含义.(3)N依赖于。(4)则不止一个,但只要找到一个即可.2、几何解释:
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