Infinity
与极限紧密相关
一、基本概念
1. 无穷小和无穷大的定义
无穷小:极限为零 x→x0limf(x)=0/x→∞limf(x)=0
无穷大:总存在正数 δ ,M 为任意给定的正数,有:0<∣x−x0∣<δ,∣f(x)∣>M
则有:x→x0limf(x)=∞
函数 f(x) 具有极限 A 的充分必要条件:x→x0lim/x→∞limf(x)=A↔f(x)=A+α
2. 无穷大与无穷小的关系
\lim\limits_{ x \to x_{0} } f(x)=0 \leftrightarrow \lim\limits_{ x \to x_{0} } \dfrac{1}{f(x)}=\infty \\
\lim\limits_{ x \to x_{0} } f(x)=\infty \leftrightarrow \lim\limits_{ x \to x_{0} } \dfrac{1}{f(x)}=0
\end{align}$$
#### 极限运算法则
### 二、无穷小的应用
#### 无穷小的比较
| 极限定义 | 无穷小的类型 | 记号表达 |
| ----------------------------------- | --------- | ------------------ |
| $\lim \dfrac{\beta}{\alpha}=0$ | 高阶无穷小 | $\beta=o(\alpha)$ |
| $\lim \dfrac{\beta}{\alpha}=\infty$ | 低阶无穷小 | |
| $\lim \dfrac{\beta}{\alpha}=c$ | 同阶无穷小 | |
| $\lim \dfrac{\beta}{\alpha}=1$ | **等价无穷小** | $\beta\sim \alpha$ |
| $\lim \dfrac{\beta}{\alpha^{k}}=0$ | k 阶无穷小 | |
#### 等价无穷小
互为等价无穷小的充分必要条件:$\beta\sim \alpha \leftrightarrow \beta=\alpha+o(\alpha)$
可以使用等价无穷小进行极限计算:
$$\begin{align}
\alpha\sim \tilde{\alpha} ,\beta\sim \tilde{\beta} \quad \lim \dfrac{\beta}{\alpha} =\lim \dfrac{\tilde{\beta}}{\tilde{\alpha}}
\end{align}$$
常见的等价无穷小:$x\to 0$
$$x\sim \sin x\sim \tan x\sim \arcsin x\sim \arctan x\sim \ln(1+x)\sim e^{ x }-1$$
$$\begin{align}
1-\cos x\sim \dfrac{1}{2}x^{2}\quad \tan x-\sin x \sim \dfrac{1}{2}x^{3} \quad (1+x)^{\alpha}-1\sim \alpha x
\end{align}$$
可以扩展使用:$f(x)\to 0$
$$f(x)\sim \sin f(x)\sim \tan f(x)\sim \arcsin f(x)\sim \arctan f(x)\sim \ln(1+f(x))\sim e^{ f(x) }-1$$
$$\begin{align}
1-\cos f(x)\sim \dfrac{1}{2}f(x)^{2} \quad \tan f(x)-\sin f(x) \sim \dfrac{1}{2}f(x)^{3} \quad (1+f(x))^{\alpha}-1\sim \alpha f(x)
\end{align}$$
#### 实际应用
也要注意变形,实际上等价无穷小可以解决很多问题
当 $x\to0$ 时,如果 $g(x)\to 0$,则有:
$$\begin{align}
f(x)^{g(x)}-1=e^{ g(x)\ln f(x) }-1\sim g(x)\ln(f(x))
\end{align}$$
如果 $f(x)\to 1$,
$$\begin{align}
\sqrt[n]{ f(x) }-1\sim \dfrac{1}{n}(f(x)-1)
\end{align}$$