夹逼定理

极限存在的判断准则

夹逼定理

夹逼定理(英文:Squeeze Theorem或Sandwich Theorem)是利用函数值的变化趋势作为函数极限存在判定的一条准则。[0]夹逼准则的重要性在于不仅提供函数极限是否存在的依据,还可求出具体的极限值。[1]夹逼定理对于数列极限也同样适用。[2]设函数在的某个去心邻域内满足以下条件:[3][4]

夹逼定理(英文:Squeeze Theorem或Sandwich Theorem)是利用函数值的变化趋势作为函数极限存在判定的一条准则。[1]夹逼准则的重要性在于不仅提供函数极限是否存在的依据,还可求出具体的极限值。[2]夹逼定理对于数列极限也同样适用。[3]

函数极限的夹逼定理

对于的情形[4][5]

设函数在的某个去心邻域内满足以下条件:[4][5]

(1) ,

(2) ,

[4][5]

对于的情形[4][5]

对于的情形,定理仍成立。[4][5]

设函数在时满足以下条件:[4][5]

(1)。

(2),

则。[4][5]

数列极限的夹逼定理

数列的极限,可看做函数极限的一种特殊情形。[3][4]

如果数列及满足条件:[3][4]

(1) (从某一项以后恒成立),

(2)

[3][4]

证明

对于的情形

因 所以,对于任意给定的,[4]

存在, 当时,有;[4]

存在,当时,有 。[4]

取$, 则当时,[4]

[4]

[4]

同时成立。 [4]

因介于和之间,所以当时,

[4]

即成立,这就证明了。[4]

对于的情形

存在,当时,有成立。[5]

由,[5]

则,存在当时,[5]

存在,当时,[5]

令,则当时,[5]

即有[5]

由极限定义得。[5]

数列极限

由于, 则,存在,当时,[3]

[3]

又,则,存在,[3]

当时,有[3]

由已知,当时,[3]

所以,取,[3]

满足[3]

[3]

所以。[3]

几何意义

极限的夹逼定理具有明显的几何意义,如下图所示。[6]

夹逼定理的几何意义
夹逼定理的几何意义

应用

夹逼准则的重要性在于不仅提供判断数列收敛的一种方法, 而且可用于求极限。 应用夹逼准则的关键是,对于给定的数列,找到合适的收敛数列和。[2]

夹逼定理
夹逼定理

函数极限的证明

应用夹逼定理可以证明重要极限[7][8]

重要函数极限的证明
重要函数极限的证明

证明过程如下:[7][8]

在右图所示的单位圆中, 设圆心角, 点处的切线与的延长线相交于,作,则

右图显然有,,

因此

不等式两边都除以, 有

时,上述不等式同样是成立的。

下面来证明不等式的左端。

当时,,则

当时,,由夹逼定理可知

,故

回到

由夹逼定理即得

求解数列极限

由于[4]

[4]

[4]

由夹逼定理可知,[4]

参考资料 8

  1. 参考 1
  2. 参考 2
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. 参考 5
  6. 参考 6
  7. 参考 7
  8. 参考 8
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