高等数学·1 函数、极限与连续
考纲内容
- 函数的概念与特性(有界性、单调性、奇偶性、周期性)
- 反函数、复合函数、隐函数、初等函数的概念
- 函数极限的定义(
- 语言) - 左极限与右极限,极限存在的充要条件
- 无穷小量与无穷大量,无穷小量的比较
- 极限的运算法则,两个重要极限
- 等价无穷小替换
- 函数的连续性,间断点的分类
- 连续函数的性质(闭区间上的最值定理、介值定理)
一、函数的概念与特性
1. 函数的定义
设
铅直画线法:若任一条铅直线与
2. 反函数
设函数
- 水平画线法:任一水平线与图像至多一个交点,则有反函数。
- 严格单调函数必有反函数(充分条件)。
- 重要关系:
, 。
三个重要函数(常考):
(反双曲正弦),是奇函数,其反函数为 (双曲正弦),奇函数 (双曲余弦),偶函数,最小值为1
3. 复合函数
设
分段函数的复合:先确定内层函数的值域,再对应外层函数的分段条件。
4. 函数的四种特性
(1)有界性
设
注意:讨论有界性必须指明区间。如
在 内有界,在 内无界。
(2)单调性
对区间
定义法等价形式(常用于证明):
(3)奇偶性
定义域
- 偶函数:
,图像关于 轴对称 - 奇函数:
,图像关于原点对称
常用结论:
必为偶函数; - f(-x) 必为奇函数 - 任何函数
(偶部) (奇部) - 内偶则偶,内奇同外:
中,若 为偶,则复合为偶;若 为奇,则复合奇偶性与 相同 奇 偶 奇(求导一次,奇偶性互换) 奇 偶 在对称区间上连续,则奇函数在 处必有
(4)周期性
若
重要结论:
- 若
以 为周期,则 以 为周期 - 若
是以 为周期的可导函数,则 f'(x) 也以 为周期 - 若
连续且以 为周期,则 以 为周期的充要条件为
二、函数极限的定义
1. 邻域
邻域: - 去心邻域:
- 左/右邻域:
,
2. 函数极限( - 定义)
极限与函数值无关:
3. 左极限与右极限
极限存在的充要条件:
典型需要分左右极限的情形:
- 含
型( , ) - 含
的分式 - 含
( 结果 , 结果 ) - 分段函数在分段点处
三、极限的运算法则
1. 四则运算法则
设
注意:若
或 极限不存在,不能拆开;必须先做实数运算,化简后再求极限。
特殊情形:
- 若
且 有界(不要求极限存在),则 - 若
且 不存在,则 不存在
2. 数列极限( - 定义)
设数列
数列极限与函数极限的关系(海涅定理):
海涅定理的逆用:若能找到两个不同的趋于
的数列,使对应函数值趋于不同极限,则 不存在。
3. 极限存在准则 I:夹逼定理(三明治定理)
若
常用于含绝对值、取整函数的极限。
4. 极限存在准则 II:单调有界收敛准则
数列版:单调递增有上界(或单调递减有下界)的数列必有极限。
函数版:在
典型应用:证明递推数列
的极限存在,再令 求其值。
例:设
解题步骤:① 用数学归纳法证明
5. 两个重要极限
第二个重要极限的变形:
使用技巧:凡遇到
四、无穷小量与无穷大量
1. 无穷小量
若
无穷小量的比较(设
| 结论 | 条件 | 含义 |
|---|---|---|
| 记 | ||
2. 常用等价无穷小( 时)
等价无穷小替换法则:在极限的乘除因子中可以替换,但加减时不可直接替换(需展开到同阶)。
典型错误:
不能将分子中 和 分别替换为 ,必须展开到 阶。
3. 无穷大量
若
无穷小量与无穷大量的关系:若
五、未定式的计算方法
1. 各类型未定式的处理
| 类型 | 处理方法 |
|---|---|
| 等价无穷小替换、洛必达法则、泰勒公式 | |
| 化为 | |
| 通分、有理化、提公因子 | |
2. 洛必达法则
若
使用条件:分子分母均趋于0或
;分子分母均可导;所求极限要存在(若不存在,不能反推原极限不存在)。
3. 泰勒公式(麦克劳林展开,常用到 阶)
六、函数的连续性与间断点
1. 连续性的定义
若
等价地,
2. 间断点的分类
第一类间断点(左右极限均存在):
- 可去间断点:
,但极限 或 无定义 - 跳跃间断点:
第二类间断点(至少一侧极限不存在):
- 无穷间断点:
,如 在 - 振荡间断点:极限振荡不存在,如
在
3. 连续函数的性质
闭区间上连续函数的三大定理:
- 有界性与最值定理:
在 上连续,则 有界,且能取到最大值 和最小值 - 介值定理:
在 上连续, ,则对任意介于 与 之间的数 , 使 - 零点定理:若
,则 使 (介值定理的特例)
七、导数几何意义
- 切线方程:
- 法线方程:
重难点提示
函数的单射与单调性等价
定义在某区间上的连续函数是单射(一一映射)的充要条件是:它是严格单调的。
此性质可用于判断复合函数 f(f(x)) 的单调性,或快速证明某些涉及复合结构的函数方程有无实根,例如
极限中的常见陷阱
型在 时必须分左右讨论: 时为 , 时为 只有在 和 时均等于 ,所以 时该极限 (此时两侧相同) - 洛必达前必须确认是
或 型,否则违规
考点汇总(来自 11408MindMap)
1. 基础
- 充要条件
- 归纳法
- 多项式乘除法*
- 取整函数*:
- 不等式
- 绝对值不等式*
- 基本不等式
- 柯西不等式*
- 均值不等式
- 三角函数基本公式
- 等差、等比数列
- 极坐标和参数方程
- 平移和伸缩变换
2. 函数
- 函数性质:单调性、奇偶性、周期性、有界性、保号性
- 函数的自变量变换*
- 极限
- 无穷小的比阶
- 泰勒公式
- 洛必达法则
- 两个重要极限
- 间断点
- 第一类间断点:可去间断点、跳跃间断点
- 第二类间断点:无穷间断点、振荡间断点
3. 数列极限
- 单调有界准则
- 夹逼定理
- 定积分定义
- (带拉格朗日中值定理的)压缩映射原理
