9月20日数学分析(B1)作业

P50 第1题

(2)

f(x)x(,1)(1,+)有定义,x>1时,对任意给定的ϵ>0,解不等式x1x+11=2x+1<ϵx>2ϵ1X=2ϵ1,当x>X>1时,有x1x+11<ϵ,故limx+x1x+1=1同理,当x<1时,对任意给定的ϵ>0,解不等式x1x+11=2x+1<ϵx<2ϵ1X=2ϵ1,当x<X<1时,有x1x+11<ϵ,故limxx1x+1=1综上,limxx1x+1=1f(x)在x\in(-\infty,-1)\cup(-1,+\infty)有定义, \\ 当x>-1时,对任意给定的\epsilon>0,解不等式\left\vert \frac{x-1}{x+1}-1 \right\vert=\frac{2}{x+1} <\epsilon \\ 得x>\frac{2}{\epsilon}-1 \\ 取X=\frac{2}{\epsilon}-1,当x>X>-1时,有\left\vert \frac{x-1}{x+1}-1 \right\vert<\epsilon,故\lim_{x \to +\infty}\left\vert \frac{x-1}{x+1} \right\vert=1 \\ 同理,当x<-1时,对任意给定的\epsilon>0,解不等式\left\vert \frac{x-1}{x+1}-1 \right\vert=-\frac{2}{x+1} <\epsilon \\ 得x<-\frac{2}{\epsilon}-1 \\ 取X=-\frac{2}{\epsilon}-1,当x<X<-1时,有\left\vert \frac{x-1}{x+1}-1 \right\vert<\epsilon,故\lim_{x \to -\infty}\left\vert \frac{x-1}{x+1} \right\vert=1 \\ 综上,\lim_{x \to \infty}\left\vert \frac{x-1}{x+1} \right\vert=1

(4)

f(x)x(0,+)有定义,x>0时,ϵ>0,解不等式x1q<ϵ由于qN+,得x<ϵqX=ϵq,当0<x<X时,有x1q<ϵ,故limx0+x1/q=0f(x)在x\in(0,+\infty)有定义, \\ 当x>0时,\forall\epsilon>0,解不等式 x^{\frac{1}{q}} <\epsilon \\ 由于q\in\mathbb{N_+},得x<\epsilon^q \\ 取X=\epsilon^q,当0<x<X时,有x^{\frac{1}{q}}<\epsilon,故\lim_{x \to 0^+}x^{1/q}=0

P50 第2题

(2)

nN+,知x(0,1)(1,+)limx1xn1x1=limx1(1+x+x2++xn1)=1+1+1++1=nlimx1xn1x1=n由n\in \mathbb{N_+},知x\in (0,1)\cup(1,+\infty) \\ \lim_{x \to 1}\frac{x^n-1}{x-1}=\lim_{x \to 1}( 1+x+x^2+ \cdots +x^{n-1} )=1+1+1+ \cdots +1=n 故\lim_{x \to 1}\frac{x^n-1}{x-1}=n

(4)

limx(3x+6)70(8x5)20(5x1)90=limx(3+6x)70(85x)20(51x)90=370820590综上,limx(3x+6)70(8x5)20(5x1)90=260370590\lim_{x \to \infty}\frac{(3x+6)^{70}(8x-5)^{20}}{(5x-1)^{90}}=\lim_{x \to \infty}\frac{(3+\frac{6}{x})^{70}(8-\frac{5}{x})^{20}}{(5-\frac{1}{x})^{90}}=\frac{3^{70}\cdot 8^{20}}{5^{90}} \\ 综上,\lim_{x \to \infty}\frac{(3x+6)^{70}(8x-5)^{20}}{(5x-1)^{90}}=\frac{2^{60}\cdot 3^{70}}{5^{90}}

P50 第4题

limx+f(x)=lϵ>0,X>0使x>X,f(x)l<ϵN=k,其中k为使ak>X时最小的kn>N,an>Xf(an)l<ϵ故有limnf(an)=l\lim_{x \to +\infty}f(x)=l \Rightarrow \forall \epsilon>0, \exists X>0使\forall x>X, \left\vert f(x)-l \right\vert <\epsilon \\ 令N=k,其中k为使a_k>X时最小的k \\ \forall n>N,a_n>X\Rightarrow \left\vert f(a_n)-l \right\vert <\epsilon \\ 故有\lim_{n \to \infty}f(a_n)=l

P50 第5题

(2)

f(x)={1,x>00,x=01,x<0limx0+f(x)=limx0+1=1limx0f(x)=limx01=1limx0+f(x)limx0f(x)综上,limx0+f(x)=1,limx0f(x)=1,limx0f(x)不存在f(x)=\begin{cases} 1, &x>0 \\ 0, &x=0 \\ -1,&x<0 \end{cases} \\ \lim_{x \to 0^+}f(x)=\lim_{x \to 0^+}1=1 \\ \lim_{x \to 0^-}f(x)=\lim_{x \to 0^-}-1=-1 \\ \lim_{x \to 0^+}f(x)\neq \lim_{x \to 0^-}f(x) \\ 综上,\lim_{x \to 0^+}f(x)=1, \lim_{x \to 0^-}f(x)=-1 , \lim_{x \to 0}f(x)不存在

(4)

f(x)={cos1x,x>0x,x0limx0f(x)=limx0x=0下证limx0+f(x)=limx0+cos1x不存在:假设limx0+cos1x=k取数列an=12nπ,f(an)=cos2nπ=1limnf(12nπ)=1由数列与函数极限的关系可知k=1取数列bn=1(2n+1)π,f(an)=cos(2n+1)π=1limnf(1(2n+1)π)=1由数列与函数极限的关系可知k=1,矛盾limx0+f(x)=limx0+cos1x不存在综上,limx0+f(x)不存在,limx0f(x)=0,limx0f(x)不存在f(x)=\begin{cases} \cos \frac{1}{x}, & x>0 \\ x, & x\leq 0 \end{cases} \\ \lim_{x \to 0^-}f(x)=\lim_{x \to 0^-}x=0 \\ 下证\lim_{x \to 0^+}f(x)=\lim_{x \to 0^+}\cos \frac{1}{x}不存在:\\ 假设\lim_{x \to 0^+}\cos \frac{1}{x}=k 取数列a_n=\frac{1}{2n\pi}, f(a_n)=\cos 2n\pi=1 \\ \Rightarrow \lim_{n \to \infty}f(\frac{1}{2n\pi})=1 \\ 由数列与函数极限的关系可知k=1 \\ 取数列b_n=\frac{1}{(2n+1)\pi}, f(a_n)=\cos (2n+1)\pi=-1 \\ \Rightarrow \lim_{n \to \infty}f(\frac{1}{(2n+1)\pi})=-1 \\ 由数列与函数极限的关系可知k=-1,矛盾 \\ 故\lim_{x \to 0^+}f(x)=\lim_{x \to 0^+}\cos \frac{1}{x}不存在 \\ 综上,\lim_{x \to 0^+}f(x)不存在, \lim_{x \to 0^-}f(x)=0,\lim_{x \to 0}f(x)不存在