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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) ,

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)

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,

同时成立。

因介于和之间,所以当时,

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,

即有

由极限定义得。

由于, 则,存在,当时,

又,则,存在,

当时,有

由已知,当时,

所以,取,

满足

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

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

由夹逼定理可知,

参考资料