中学的《几何》,甚至小学的《算术》,我们都知道,半径为R的圆的周长为C=2οR,其中Dž是圆的比值,即a 持续的。
那么这个圆的周长公式是怎么得到的呢?
1。 极限思想和方法在定义圆的周长中的应用
我们会用直尺测量线段的长度,所以我们也会测量多边形的周长 长,所以多边形的周长是已知的。
但是,圆的周长是一条闭合曲线,不能直接用尺子测量它的长度。
图(一)
一个新的问题出现了:圆的周长是多少? 即圆的周长如何定义? 这是计算圆周长的基础。
圆的周长是一个未知的新概念。
我们知道,未知的新概念必须建立在已知概念的基础上。
那么如何借助已知的多边形周长来定义圆的周长呢?
图(二)
我国古代杰出数学家刘徽所创的“切圆术”,就是利用一系列内接正多边形的周长序列 圆的周长定义圆的周长。
方法是:
先作一个内接圆的正六边形,然后平分每条边对应的圆弧,作一个内接圆的正十二边形,如 下面用同样的方法,继续内接一个正二十四边形内接圆,和一个正四十八边形内接圆……如图(3)。
图(3)
显然,无论正多边形有多少条边,每个圆内接的正多边形的周长是已知的。 然后,得到一系列圆的内切正多边形的周长序列:
图(4)
一般术语
图(5)
p>
表示第n次的内切正圆
图(6)
多边形的周长。
那么这一系列圆的内接正多边形和圆周是什么关系呢?
刘辉说:“越砍越少,一砍再砍,一直砍到砍不动,就融入这个圈子,什么都不损失。”
图(7)
显然,当一个圆的内接正多边形的边数无限乘时,这一系列圆的内接正多边形将无限趋向于接近这个 圆圈,也就是他们的极限位置,就是这个圆圈。
从内接正多边形的周长出发,当n无限增大时,这一系列圆的内接正多边形的周长序列
图(7)
会逐渐稳定在一定的数L。换句话说,就是“越切越细”,用圆的内接正多边形的周长来近似圆的周长,圆的周长“输得少”,当“ 周而复始,切不可切”,即当一个圆的内接正多边形的边数无限增加时,这一系列圆的内切正多边形的极限位置“与圆相吻合” ,此时这一系列圆的内接正多边形
图(8)
稳定在一定数L,L应该是圆的周长。
只有在无限的过程中,才能真正做到“万无一失”。
根据上面的分析:
圆的周长可以定义如下:若正多边形的内接圆的周长是一系列
图(9)
p>
稳定在某个数“L”(当n无限增大时),则称“L”为圆的周长。
因此,在无限过程中,曲线形状的周长是由直线形状的周长序列得到的。 这就是极限的思想和方法在圆的周长定义上的应用。
二、数列的极限
定义:假设数列{an},a是常数。 如果对于任何ε > 0,总有一个自然数N,并且对于任何自然数n > N,都有
|an – a| <ε,
那么它 称为序列{an}的极限为a(或a为序列{an}的极限)或序列{an}收敛于a({an}为收敛序列),表示为
图(10)
如果数列{an}没有极限,则称数列{an}发散。
ε——N语言定义序列的极限定义:
图(11)
例1,证明
例1图(1)
证明
例1图(2)
解为n > 1/ε -1 。 取 N = [ 1/ε -1 ] 。 因此,
例1图(3)
收敛序列的性质:
定理1,(唯一性)如果序列{an}收敛, 那么它的极限是唯一的。
定理2.(有界性)如果数列{an}收敛,则数列{an}有界,即
定理2图
定理3,(保序)
定理3图
收敛序列的四种算术运算
定理4,如果序列{an}和{bn } 都收敛,则和数列{an bn}也收敛。
定理 5. 如果序列 {an} 和 {bn} 都收敛,则乘积序列 {anbn} 也收敛。
定理6.如果数列{an}和{bn}都收敛,且bn≠0,且bn的极限不等于0,则商数列{an/bn}也收敛 .
收敛数列的四种算术运算图
收敛数列的判别法
定理7,(两边定理)设{an},{bn} , { cn} 是三个数的序列。
定理7图
公理(实数的连续性)单调有界数列存在极限。
定理8,(柯西收敛准则)
定理8图
三、函数的极限
1、当x → ∞,函数f(x)的极限
定义:设函数f(x)定义在{x||x|>a},b为常数。
函数极限图(二)
注:当自变量‖x‖无限增大时,有两种情况:一种是x→-∞; 另一种是x → ∞,极限的分析语言表达不同。
函数极限图(三)
例2,证明
例2图(一)
证明:
例2 图(2)
解为x < lgε(限于0 < ε 0。所以,
例 2 图(3)
2. 当x→a时,函数f(x)的极限
定义:设函数f(x)在邻域
函数极限图(1)
函数极限图(二)
则称函数f(x)(当x→a时)有极限,极限为b,或者b为函数的极限 a中的f(x),表为
函数极限图(3)
这是函数在一点的极限 ε——δ的定义。
注:函数f(x)在a处的极限与a左右极限的区别如下所示
函数极限图(4)
例3、证明
例3图(1)
证明:
例3图(2)
解是 ‖x – 1‖ < ε/2 ,取 δ = ε/2 。 于是,
例3图(3)