定理13.1
證明 a) 當(dāng)時(shí),命題顯然成立秦爆。
b) 當(dāng)時(shí), 取滿足序愚,令,當(dāng)時(shí)等限,
所以
又由的選取爸吮,得
由(13.1.1)及(13.1.2)得:,所以望门,此式對(duì)任意的自然數(shù)成立形娇,所以。
c) 當(dāng)時(shí)筹误,令桐早,則
綜合a),b),c),命題成立厨剪。
評(píng)注13.2 在未學(xué)習(xí)指數(shù)與對(duì)數(shù)函數(shù)之前哄酝,題13.1不能使用指數(shù)(對(duì)數(shù))不等式。
定理13.3
證明 令祷膳,顯然陶衅,而且
因?yàn)?img class="math-inline" src="https://math.jianshu.com/math?formula=a%20%5Cge%201" alt="a \ge 1" mathimg="1">,所以直晨。
題13.4 證明:
(1) ,則
(2) ,則
證明 (1) 證法1:
構(gòu)造函數(shù)搀军,則膨俐,則,所以罩句,即當(dāng)時(shí)焚刺,,這等價(jià)于
根據(jù)(13.4.1)门烂,命題得證乳愉。
(1)證法2 令。取,則
可見(jiàn)為減函數(shù)诅福。其余部分與證法1一致匾委。
(2) 原不等式等價(jià)于
對(duì)求導(dǎo),
根據(jù)(1)氓润,有赂乐,所以,于是:
咖气,所以挨措。最終,從而證明了原命題崩溪。
定義13.5
a) 浅役,稱集合為開(kāi)區(qū)間,記為伶唯。
b) 觉既,稱集合為閉區(qū)間,記為乳幸。
c) 瞪讼,稱集合為左開(kāi)右閉區(qū)間,記為粹断。
d) 符欠,稱集合為左閉右開(kāi)區(qū)間,記為瓶埋。
題13.6 希柿。
(1) 求所有的并。
(2)證明:
(1) 解 很明顯养筒,曾撤,所以。
(2) 假設(shè)晕粪,不妨設(shè)挤悉,則對(duì)于任意的,若兵多,有尖啡。
取正整數(shù),則剩膘,并得衅斩。這說(shuō)明,矛盾怠褐。所以假設(shè)不成立畏梆,命題成立。
定義13.7 包含實(shí)數(shù)的開(kāi)區(qū)間奈懒,稱作的鄰域奠涌,如果是的鄰域,集合稱作的去心鄰域磷杏。
題13.8
(1) 溜畅,證明:是的鄰域。并用區(qū)間的形式寫出其去心鄰域极祸。
(2) 是開(kāi)區(qū)間里的元素慈格,證明:存在的鄰域且
證明 (1)略。
(2) 設(shè)遥金,根據(jù)條件浴捆,有,取稿械,則选泻,令,那么滿足條件美莫,證明完畢页眯。
題13.9 設(shè),
(1) 茂嗓,求的取值范圍餐茵。
(2) 證明:當(dāng)時(shí),是閉區(qū)間述吸。
(1) 解 等價(jià)于:對(duì)于任意的自然數(shù)忿族,,即
當(dāng)時(shí)蝌矛,道批,而,所以
的最小值為0入撒。經(jīng)驗(yàn)證隆豹,當(dāng)時(shí),茅逮。所以的取值范圍是璃赡。
(2) 證明:只需證明判哥,過(guò)程如下:
設(shè),那么碉考,即
上式說(shuō)明:塌计。
即,所以:
取侯谁,則锌仅,于是得
,所以是閉區(qū)間墙贱。
定義13.10 (1) ,,函數(shù)在的一個(gè)去心鄰域有定義热芹,如果對(duì)于任意正數(shù),存在一個(gè)正數(shù)惨撇,當(dāng)時(shí)伊脓,,則稱為在趨近時(shí)的極限魁衙,記為:
或
(2) ,,函數(shù)在某個(gè)以為下確界的開(kāi)區(qū)間內(nèi)有定義丽旅,如果對(duì)于任意正數(shù),存在一個(gè)正數(shù)纺棺,當(dāng)時(shí)榄笙,,則稱為當(dāng)由右趨近的極限祷蝌,簡(jiǎn)稱右極限茅撞,記為:
或
(3) ,,函數(shù)在某個(gè)以為上確界的開(kāi)區(qū)間內(nèi)有定義,如果對(duì)于任意正數(shù)巨朦,存在一個(gè)正數(shù)米丘,當(dāng)時(shí),糊啡,則稱為當(dāng)由左趨近的極限拄查,簡(jiǎn)稱左極限,記為:
或
為了敘述的方便棚蓄,一般用定語(yǔ)“在處”堕扶,比如讀作"在處的左極限",等等梭依。
(4) 稍算,函數(shù)在區(qū)間有定義,如果對(duì)于任意正數(shù)役拴,存在一個(gè)正數(shù)糊探,當(dāng)時(shí),,則稱為當(dāng)趨近的極限科平,記為:
或
(5) 褥紫,函數(shù)在區(qū)間有定義,如果對(duì)于任意正數(shù)瞪慧,存在一個(gè)正數(shù)故源,當(dāng)時(shí),汞贸,則稱為當(dāng)趨近的極限,記為:
或
定理13.11 在處有極限當(dāng)且僅當(dāng)在處的左右極限存在且相等印机。
證明 1)先證明必要性:
設(shè)矢腻,取,存在射赛,當(dāng)時(shí)多柑,成立:。
由此得楣责,當(dāng):或任何一個(gè)成立時(shí)竣灌,都有:。
所以
2)再證明充分性:
設(shè)秆麸,取初嘹,則必有,
取沮趣,得屯烦,所以。
推論 當(dāng)且僅當(dāng)
定理13.12 房铭,那么:
(1)
(2)
(3)
(這個(gè)證明可以參照數(shù)列極限的運(yùn)算)
題13.14 求極限:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
解 (1)
(2)
(3) 取弧度且是銳角驻龟,那么,除以得:缸匪,取極限:
由夾逼原理得翁狐。
(4) 對(duì)每個(gè),取自然數(shù)滿足凌蔬,那么露懒,所以,所以:
所以砂心。
(5) 令隐锭,那么
定理13.15
定理13.16
證明見(jiàn)3.14-(3)
定理3.17 的定義域?yàn)?img class="math-inline" src="https://math.jianshu.com/math?formula=%5Cmathbb%20R" alt="\mathbb R" mathimg="1">。
證明 本命題等價(jià)于:冪級(jí)數(shù)
對(duì)于任意的收斂计贰。
a) 當(dāng)時(shí)钦睡,總有一個(gè)整數(shù),于是可以利用以下縮放:
可見(jiàn)躁倒,級(jí)數(shù)(3.17.1)上有界且遞增荞怒,所以級(jí)數(shù)(3.17.1)收斂洒琢。
b) 當(dāng)時(shí),根據(jù)a)的結(jié)論褐桌,(3.17.1)絕對(duì)收斂衰抑,所以其本身也收斂。
綜a),b)所述荧嵌,對(duì)于任意的呛踊,(3.17.1)收斂,所以的定義域?yàn)?img class="math-inline" src="https://math.jianshu.com/math?formula=%5Cmathbb%20R" alt="\mathbb R" mathimg="1">啦撮。
定義13.18 對(duì)于任意的谭网,定義函數(shù)
為以為底的指數(shù)函數(shù),因?yàn)樽宰兞繛閷?shí)數(shù)赃春,所以此函數(shù)為實(shí)變量指數(shù)函數(shù)愉择。
定理3.19
證明 根據(jù)定義13.18,容易驗(yàn)證如下:
a) 當(dāng)時(shí)织中,
b)
根據(jù)a)锥涕,當(dāng)時(shí),有狭吼,再利用b):
c)
a),c)
定義3.20 (1)层坠,實(shí)值函數(shù)在E上有定義,若對(duì)于任意的刁笙,窿春,稱在E中是單調(diào)遞增函數(shù),簡(jiǎn)稱是E上的增函數(shù)采盒。
(2)旧乞,實(shí)值函數(shù)在E上有定義,若對(duì)于任意的磅氨,尺栖,稱在E中是單調(diào)遞減函數(shù),簡(jiǎn)稱是E上的減函數(shù)烦租。
定理3.21 (1)函數(shù)在上遞增延赌,當(dāng)且僅當(dāng)。
(2)函數(shù)在上遞減叉橱,當(dāng)且僅當(dāng)挫以。
定理3.22 函數(shù)在上是增函數(shù)。
證法1 注意到時(shí)窃祝,掐松,所以對(duì)于任意的,有
故而在上遞增。
證法2 求導(dǎo)大磺,即的導(dǎo)函數(shù)在上大于零抡句,所以在上單調(diào)遞增。
定理3.23
證明 當(dāng)是杠愧,待榔。所以當(dāng)時(shí),流济,取極限得:
利用夾逼定理: