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。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。夹逼定理对于数列极限也同样适用。
基本概念
函数极限的夹逼定理
设函数在的某个去心邻域内满足以下条件:
(1) ,
(2) ,
则
对于的情形,定理仍成立。
设函数在时满足以下条件:
(1)。
(2),
则。
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。
如果数列及满足条件:
(1) (从某一项以后恒成立),
(2)
则
。
证明
因 所以,对于任意给定的,
存在, 当时,有;
存在,当时,有 。
取$, 则当时,
有
即
同时成立。
因介于和之间,所以当时,
有
即成立,这就证明了。
存在,当时,有成立。
由,
则,存在当时,
存在,当时,
令,则当时,
有
即有
由极限定义得。
由于, 则,存在,当时,
有
又,则,存在,
当时,有
由已知,当时,
所以,取,
满足
即
所以。
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。
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。应用学科: 数学、化学、物理。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。
函数极限的证明
应用夹逼定理可以证明重要极限
证明过程如下:
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
即
不等式两边都除以, 有
或
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
求
由于
而
由夹逼定理可知,