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极限和连续

等价无穷小公式(当 x→0x \to 0)#

普通函数#

  • x∼sin⁡x∼tan⁡x∼arcsin⁡x∼arctan⁡x∼ex−1∼ln⁡(1+x)∼ln⁡(x+1+x2)x \sim \sin x \sim \tan x \sim \arcsin x \sim \arctan x \sim e^x - 1 \sim \ln(1+x) \sim \ln(x+\sqrt{1+x^2})
  • 1−cos⁡x∼12x21 - \cos x \sim \dfrac{1}{2}x^2
  • sec⁡x−1∼12x2\sec x - 1 \sim \dfrac{1}{2}x^2

2. 指数与对数函数#

  • ax−1∼xln⁡a(a>0)a^x - 1 \sim x \ln a \quad (a>0)
  • log⁡a(1+x)∼xln⁡a(a>0, a≠1)\log_a(1+x) \sim \dfrac{x}{\ln a} \quad (a>0,\,a\neq 1)

3. 幂函数#

  • (1+x)α−1∼αx(α≠0)(1+x)^\alpha - 1 \sim \alpha x \quad (\alpha \neq 0)
  • 1+x−1∼x2\sqrt{1+x} - 1 \sim \dfrac{x}{2}
  • 1+xn−1∼xn\sqrt[n]{1+x} - 1 \sim \dfrac{x}{n}

4. 常见的差函数与高阶无穷小#

  • x−sin⁡x∼16x3x - \sin x \sim \dfrac{1}{6}x^3
  • arcsin⁡x−x∼16x3\arcsin x - x \sim \dfrac{1}{6}x^3
  • tan⁡x−x∼13x3\tan x - x \sim \dfrac{1}{3}x^3
  • x−arctan⁡x∼13x3x - \arctan x \sim \dfrac{1}{3}x^3
  • tan⁡x−sin⁡x∼12x3\tan x - \sin x \sim \dfrac{1}{2}x^3
  • ln⁡(1+x)−x∼−12x2\ln(1+x) - x \sim -\dfrac{1}{2}x^2
  • ex−1−x∼12x2e^x - 1 - x \sim \dfrac{1}{2}x^2

以下是泰勒公式及八个常见函数的麦克劳林展开,以 Markdown 结合 LaTeX 格式整理,便于笔记和速查。

泰勒公式#

f(x)=∑k=0nf(k)(x0)k!(x−x0)k+Rn(x)f(x) = \sum_{k=0}^{n} \frac{f^{(k)}(x_0)}{k!}(x-x_0)^k + R_n(x)

余项常见两种形式:

  • 佩亚诺余项:Rn(x)=o((x−x0)n)R_n(x) = o\big((x-x_0)^n\big) (局部定性用)
  • 拉格朗日余项:Rn(x)=f(n+1)(ξ)(n+1)!(x−x0)n+1R_n(x) = \frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}(x-x_0)^{n+1},ξ\xi 介于 x0x_0 与 xx 之间(定量估计用)

麦克劳林公式 (x0=0x_0=0):

f(x)=∑k=0nf(k)(0)k!xk+o(xn)f(x) = \sum_{k=0}^{n} \frac{f^{(k)}(0)}{k!}x^k + o(x^n)

常见函数的麦克劳林展开#

sin⁡x=x−x33!+o(x3)\sin x = x - \frac{x^3}{3!} + o(x^{3})

cos⁡x=1−x22!+x44!+o(x4)\cos x = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} + o(x^{4})

arcsin⁡x=x+16x3+o(x3)\arcsin x = x + \frac{1}{6}x^3 + o(x^{3})

tan⁡x=x+13x3+o(x3)\tan x = x + \frac{1}{3}x^3 + o(x^{3})

arctan⁡x=x−x33+o(x3)\arctan x = x - \frac{x^3}{3} + o(x^{3})

ln⁡(1+x)=x−x22+x33+o(x3)\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} + o(x^{3})

ex=1+x+x22!+x33!+o(x3)e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + o(x^{3})

(1+x)a=1+ax+a(a−1)2!x2+o(x2)(1+x)^a = 1 + a x + \frac{a(a-1)}{2!}x^2 + o(x^{2})

2个重要极限#

lim⁡x→0sin⁡xx=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1lim⁡x→∞(1+1x)x=e\lim_{x \to \infty} \left( 1 + \frac{1}{x} \right)^x = e

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