无穷小与无穷大

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无穷小与无穷大

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来源

https://m.renrendoc.com/paper/380607741.html

无穷小与无穷大

一、无穷小

对无穷小的认识问题可以远溯到古希腊。那时，阿基米德就曾用无限小量方法得到许多重要的数学结果，但他认为无限小量方法存在着不合理的地方。直到1821年，柯西在他的《分析教程》中才对无限小（即这里所说的无穷小）这概念给出了明确的回答。而有关无穷小的理论就是在柯西理论的基础上发展起来的。

如果函数f(x)当x→x0(或x→∞)时极限为零，那么称函数f(x)为当x→x0(或x→∞)时的无穷小。特别地，以零为极限的数列{xn}称为n→∞时的无穷小。例如，limx→0sinx=0，函数sinx是当x→0时的无穷小；limx→∞1/x=0，函数1/x是当x→∞时的无穷小；limn→∞(－1)n/n=0，数列(-1)n/n是当n→∞时的无穷小。

定义1
一、无穷小
（1）根据无穷小的定义，无穷小本质上是这样一个变量（函数），在某一过程（如x→x0或x→∞）中，该变量的绝对值能小于任意给定的正数ε。无穷小不能与很小的数（如千万分之一）混淆。但零是可以作为无穷小的唯一的常数。
（2）无穷小是相对于x的某个变化过程而言的。例如，当x→∞时，1/x是无穷小；当x→2时，1/x不是无穷小。无穷小与函数极限有着密切的关系。

注意
一、无穷小
limx→x0f(x)=A的充分必要条件是f(x)=A+α，其中α是当x→x0时的无穷小。

定理1
一、无穷小
一、无穷小
定理1对x→∞等其他情形也成立（读者可自行证明）。定理1的结论在今后的学习中有重要的应用，尤其是在理论推导或证明中。它将函数的极限运算问题转化为常数与无穷小的代数运算问题。

二、无穷小的运算性质

定理2
在下面讨论无穷小的性质中，仅证明x→x0的情形，至于x→∞等其他情形，证明完全类似。
定理2有限个无穷小的代数和仍是无穷小。
证明这里只证两个无穷小的和的情形，有限个无穷小的和的情形可以类似证明。
二、无穷小的运算性质
无穷多个无穷小的代数和未必是无穷小。例如，n→∞时，数列{1/n}是无穷小，但

定理3
有界函数与无穷小的乘积是无穷小。
证明设函数u在0<|x－x0|<δ1内有界，则M>0，使得当0<|x－x0|<δ1时，恒有|u|≤M。

推论1
常数与无穷小的乘积是无穷小。

推论2
有限个无穷小的乘积也是无穷小。

三、无穷大

若当x→x0（或x→∞）时,函数f(x)的绝对值无限增大（即大于预先给定的任意正数），则称函数f(x)为当x→x0（或x→∞）时的无穷大。下面给出精确的定义。

定义2
设函数f(x)在x0的某一去心邻域内有定义（或|x|大于某一正数时有定义）。若对于任意给定的正数M（不论它多么大），总存在正数δ（或正数X）使得满足不等式0<|x－x0|<δ（或x>X）的一切x所对应的函数值f(x)总满足不等式|f(x)|>M,则称函数f(x)为当x→x0（或x→∞）时的无穷大，记为

注意
三、无穷大
按通常意义来说，当x→x0（或x→∞）时为无穷大的函数f(x)，其极限是不存在的。但为了方便叙述函数的这一性态，也说“函数的极限是无穷大”。

注意
三、无穷大
若在无穷大的定义中，把|f(x)>M换为f(x)>M（或f(x)<－M），则称函数f(x)为当x→x0（或x→∞）时的正无穷大（或负无穷大），记为

注意
无穷大一定是无界变量。反之，无界变量不一定是无穷大。

四、无穷小与无穷大的关系

定理4
在自变量的同一变化过程中，无穷大的倒数为无穷小；恒不为零的无穷小的倒数为无穷大。

根据定理4，可将无穷大的讨论归结为关于无穷小的讨论。

五、无穷小阶的定义

根据无穷小的运算性质，两个无穷小的和、差、积仍是无穷小。但两个无穷小的商，却会出现不同情况。例如，当x→0时，x，x2，sinx都是无穷小，而

从中可看出各无穷小趋于0的快慢程度：x2比x快些，sinx与x大致相同，即无穷小之比的极限不同，反映了无穷小趋向于零的快慢程度不同。下面给出无穷小阶的定义。

定义3
设α，β是自变量在同一变化过程中的两个无穷小，且α≠0。
（1）若limβ/α=0，则称β是比α高阶的无穷小，记为β=o(α)。
（2）若limβ/α=∞，则称β是比α低阶的无穷小。
（3）若limβ/α=c（c≠0），则称β与α是同阶无穷小，特别地，若limβ/α=1，则称β与α是等价无穷小，记为α~β。
（4）若limβ/αk=c(c≠0,k>0)，则称β是α的k阶无穷小。

例如，就前述三个无穷小x，x2，sinx（x→0）而言，x2是比x高阶的无穷小，x是比x2低阶的无穷小，而sinx与x是等价无穷小。