不能不知道的數(shù)學(xué)概念

重新整理和理解一些重要的數(shù)學(xué)概念

極限

1.數(shù)列的極限

直觀的想象一下,設(shè){a(n)}是一個(gè)數(shù)列,如果當(dāng)n趨近于無(wú)窮大時(shí)总放,a(n)趨近于某一個(gè)常數(shù)a,那么我們就可以認(rèn)為a是數(shù)列{a(n)}的極限

2.函數(shù)的極限

2.1 自變量x趨于無(wú)窮時(shí)的極限

類似于數(shù)列的極限好爬,因?yàn)閿?shù)列本身也是一種函數(shù)局雄,當(dāng)自變量x趨于無(wú)窮時(shí),函數(shù)值趨于某一常數(shù)值A(chǔ)存炮,則稱A為函數(shù)f(x)的極限炬搭。

2.2 自變量x趨于x0時(shí)的極限

如果在x→x0 的過(guò)程中蜈漓,對(duì)應(yīng)的函數(shù)值無(wú)限的接近常數(shù)A,那么稱A就是函數(shù)f (x) 當(dāng)x→x0時(shí)的極限宫盔。

完整的定義為:
設(shè)函數(shù)f (x) 在點(diǎn)x0的某一去心鄰域內(nèi)有定義融虽,如果存在常數(shù)A,對(duì)于任意給定的正數(shù)ε(無(wú)論它多么凶瓢拧)有额,總存在正數(shù)δ,使得當(dāng)x滿足 0 < | x – x0 | < δ時(shí)彼绷,對(duì)應(yīng)的函數(shù)值f (x) 都滿足不等式 | f (x) – A | < ε巍佑,那么稱A就是函數(shù)f (x) 當(dāng)x→x0時(shí)的極限,記作

函數(shù)f (x) 當(dāng)x→x0時(shí)的極限

上述概念中寄悯,x是既從x0的左側(cè)也從x0的右側(cè)趨向于x0萤衰。若只考慮x僅從x0的左側(cè)趨于x0(x→x0–),或者僅從x0的右側(cè)趨于x0(x→x0+)热某,就可得到函數(shù) f (x) 當(dāng)x→x0的左極限腻菇,右極限。左極限和右極限統(tǒng)稱為單側(cè)極限昔馋。

函數(shù) f (x) 當(dāng)x→x0的極限存在的充分必要條件是:左極限筹吐、右極限各自存在并相等,即 f (x0–) = f (x0+)秘遏。如下圖丘薛,當(dāng)x→0時(shí)f (x) 的極限是不存在的:

此函數(shù)的極限不存在

上圖中當(dāng)x趨近于0時(shí),f(x0–)的極限為-1邦危,f(x0+)的極限為1洋侨,所以當(dāng)x→0時(shí)f (x) 的極限是不存在的。

函數(shù)的連續(xù)性

1.連續(xù)的概念

函數(shù)的增量

設(shè)函數(shù)y=f(x)在點(diǎn)x0的某一去心鄰域中有定義倦蚪,如果當(dāng)x的變化值趨近于0時(shí)希坚,y的變化值也趨近于0則說(shuō)明函數(shù)y=f(x)在點(diǎn)x0處連續(xù),也就是:


函數(shù)連續(xù)的定義

改寫成極限的形式為:


函數(shù)連續(xù)的定義

函數(shù)連續(xù)需要滿足3個(gè)條件:
1.函數(shù)y=f(x)在點(diǎn)x0處有定義
2.函數(shù)在x0處的極限存在(左極限等于右極限)
3.函數(shù)在x0處的極限等于f(x0)

當(dāng)然極限有左極限和右極限陵且,連續(xù)也有左連續(xù)和右連續(xù)裁僧,函數(shù)的左極限等于f(x0),則稱函數(shù)在x0處左連續(xù)慕购,函數(shù)的右極限等于f(x0)聊疲,則稱函數(shù)在x0處右連續(xù)

左連續(xù)的函數(shù)

如上圖所示沪悲,此函數(shù)左連續(xù)获洲,但不是右連續(xù)。

初等函數(shù)是連續(xù)函數(shù)

2.函數(shù)的間斷點(diǎn)

在函數(shù)不連續(xù)的情況下殿如,由于函數(shù)間斷的原因不同贡珊,我們可以將間斷分為一下幾類:

2.1 第一類間斷點(diǎn)

第一類間斷點(diǎn)函數(shù)f(x0+)和函數(shù)f(x0-)都存在最爬,但函數(shù)不連續(xù)

可去間斷點(diǎn):

f(x0+)=f(x0-)


可去間斷點(diǎn)

左圖中,函數(shù) y 在 x = 1 處是沒(méi)有定義的
右圖中飞崖,函數(shù) y 在 x = 1 處有定義烂叔,可極限值 ≠ 函數(shù)值

跳躍間斷點(diǎn):

跳躍間斷點(diǎn)

上圖表示的是不大于 x 的最大整數(shù),每到整數(shù)點(diǎn)就上升跳躍
f(0+) ≠ f(0-)

2.2 第二類間斷點(diǎn)

除了第一類間斷點(diǎn)以外則稱為第二類間斷點(diǎn)

無(wú)窮間斷點(diǎn):

f(0+)和f(x0-)中至少有一個(gè)是∞固歪,則稱為x0是f(x)的無(wú)窮間斷點(diǎn)


無(wú)窮間斷點(diǎn)

y = tan x 在 x = (π/2) + kπ 處沒(méi)定義蒜鸡,函數(shù)的極限是無(wú)窮大 ∞
y = cot x 在 x = kπ 處沒(méi)定義,函數(shù)的極限是無(wú)窮大 ∞

所以x0= (π/2) + kπ是函數(shù)y = tan x 的無(wú)窮間斷點(diǎn)
x0= kπ是函數(shù)y = cot x 的無(wú)窮間斷點(diǎn)

震蕩間斷點(diǎn):

f(0+)和f(x0-)中至少有一個(gè)是不斷震蕩的牢裳,則稱為x0是f(x)的震蕩間斷點(diǎn)


震蕩間斷點(diǎn)

y = sin (1/x) 在 x = 0 處沒(méi)定義逢防,此時(shí)當(dāng) x→0時(shí),函數(shù)振蕩多次

由函數(shù)的連續(xù)性可以推出以下結(jié)論

1.最值定理

由閉區(qū)間上連續(xù)函數(shù)在該區(qū)間上一定存在最大值和最小值


最值定理

2.零點(diǎn)定理

函數(shù)f(x)在[a,b]上連續(xù)蒲讯,且f(a)*f(b)<0忘朝,則在開區(qū)間(a,b)內(nèi)至少存在一點(diǎn)x0使得f(x0)=0


零點(diǎn)定理

概率分布的概念

設(shè)P為概率測(cè)度,X為隨機(jī)變量則X的概率分布函數(shù)為:


X的概率分布函數(shù)

如果將X看成是數(shù)軸上的隨機(jī)點(diǎn)的坐標(biāo),那么判帮,分布函數(shù)F(x)在x處的函數(shù)值就表示X落在區(qū)間(-∞,x]上的概率

由此也可以看出F(X)是單調(diào)不減函數(shù)局嘁。


分布函數(shù)是右連續(xù)的

如上圖所示,分布函數(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)就是右連續(xù)性晦墙,也就是當(dāng)隨機(jī)變量x趨近于x0+時(shí)悦昵,函數(shù)的極限是存在的。

概率密度:

概率密度函數(shù)

上圖展示了概率密度函數(shù)f(x)晌畅,其中陰影部分面積為值在a到b之間的概率但指。

可以看出,對(duì)概率密度的積分就是概率

概率密度函數(shù)和概率分布的對(duì)比

如上圖所示抗楔,在u處概率分布的變化最大棋凳,所以也是概率密度的最大值,u處的概率分布值為0.5說(shuō)明P(x<=u)為0.5

參考資料
http://math001.com/limit_function/

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