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夾逼定理(英文:Squeeze Theorem或Sandwich Theorem)是利用函數值的變化趨勢作為函數極限存在判定的一條準則。夾逼準則的重要性在于不僅提供函數極限是否存在的依據,還可求出具體的極限值。夾逼定理對于數列極限也同樣適用。
基本概念
函數極限的夾逼定理
設函數在的某個去心鄰域內滿足以下條件:
(1) ,
(2) ,
則
對于的情形,定理仍成立。
設函數在時滿足以下條件:
(1)。
(2),
則。
數列極限的夾逼定理
數列的極限,可看做函數極限的一種特殊情形。
如果數列及滿足條件:
(1) (從某一項以后恒成立),
(2)
則
。
證明
因 所以,對于任意給定的,
存在, 當時,有;
存在,當時,有 。
取$, 則當時,
有
即
同時成立。
因介于和之間,所以當時,
有
即成立,這就證明了。
存在,當時,有成立。
由,
則,存在當時,
存在,當時,
令,則當時,
有
即有
由極限定義得。
由于, 則,存在,當時,
有
又,則,存在,
當時,有
由已知,當時,
所以,取,
滿足
即
所以。
幾何意義
極限的夾逼定理具有明顯的幾何意義,如下圖所示。
應用
夾逼準則的重要性在于不僅提供判斷數列收斂的一種方法,而且可用于求極限。應用學科: 數學、化學、物理。應用夾逼準則的關鍵是,對于給定的數列,找到合適的收斂數列和。
函數極限的證明
應用夾逼定理可以證明重要極限
證明過程如下:
在右圖所示的單位圓中, 設圓心角, 點處的切線與的延長線相交于,作,則
右圖顯然有,,
因此
即
不等式兩邊都除以, 有
或
時,上述不等式同樣是成立的。
下面來證明不等式的左端。
當時,,則
當時,,由夾逼定理可知
,故
回到
由夾逼定理即得
。
求解數列極限
求
由于
而
由夾逼定理可知,
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