數學分析 - 實數

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總述:數學分析研究的基本對象是定義在實數集上的函數


實數及其性質

相關聲明:
1,爲了討論需要,將有限小數也表示爲無限小數的形式。
eg:8 = 7.99999999… // -8 = -7.999999… // 0 = 0.000000…
2,將全體實數的集合記爲R,即R= {x|x爲實數}
一條定好了原點O和方向和單位長度的直線,稱爲數軸。任一實數都對應數軸商唯一一個點。因此“實數a”和“數軸上的點a”常常有相同意義

實數的定義:無理數和有理數統稱爲實數。

  • 有理數定義:可以用分數p/q(p, q爲整數,q != 0)表示,也可以使用有限小數或者無限循環小數來表示
  • 無理數定義:無限不循環小數稱爲無理數

實數的大小關係

|| 定義一:x = a0.a1a2…an… ,y = b0.b1b2…bn…,其中a0,b0爲非負整數,0 <= ak,bk <= 9

  • 若ak = bk, (k = 0,1,2,…) 則稱x與y相等,記爲x = y;
  • 若ak = bk,(k = 0,1,2…,l ),而al+1 > bl+1 ,則記爲x > y
  • 若ak = bk,(k = 0,1,2…,l),而al+1 < bl+1 ,則記爲x < y

|| 定義二:實數和有理數的近似關係

  • 設x = a0.a1a2…an… 爲非負實數,則稱有理數xn = a0.a1a2…an爲實數x的n位不足近似,而有理數 |xn = xn + 1/10n,稱爲x的n位過剩近似

  • 設x = a0.a1a2…an… 爲負實數,則稱有理數|xn = a0.a1a2…an爲實數x的n位過剩近似,而有理數 xn = xn - 1/10n,稱爲x的n位不足近似

實數的主要性質

  • 實數集R對於加減乘除的四則運算是封閉的,即任意兩個實數的和,差,積商爲實數
  • 實數集是有序的,即任意兩個實數a,b都會滿足三個關係之一: < , =, >
  • 實數的大小關係具有傳遞性
  • 實數具有阿基米德性 —> 即對任何a,b∈R,若b>a>0,則存在正整數n,使得na>b
  • 實數集R具有稠密性(介值性?),兩個不等的實數之間必定存在有另一個實數

絕對值和不等式

|| 實數a的絕對值定義:
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從數軸上看,數a的絕對值|a|就是a到遠點的距離

|| 實數a的絕對值 |a| 的性質:(注意第四條性質的證明)
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數集-確界原理

區間的定義:
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鄰域的定義:
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有界集-確界原理

|| 定義一:上下界的定義
設S⊂R,若存在數M,使得對一切x∈S,都有x <= M,則稱S爲有上界的數集,M爲S的一個上界
設S⊂R,若存在數L,使得對一切x∈S,都有x >= L,則稱S爲有下界的數集,L爲S的一個下界
若數即S既有上界又有下界,則稱S爲有界集,反之稱爲無界集

|| 定義二:上下確界的定義
設S⊂R,若M滿足以下兩個條件則稱之爲上確界
1,對一切x∈S,都有x <= M。(即M是S的上界)
2,對一切m<M,都會存在x0∈S,使得x0>m(即M是S的最小上界)

|| 定理1:確界定理
設S爲非空數集,若S有上界,則S必有上確界 / 若S有下界,則必有下確界

|| 當±∞也看作確界(非正常確界)時,有推廣的確界定理:非空數集必有上,下確界(正常或非正常確界)


函數的概念

|| 定義一: 給定兩個實數集D和M,若有對應法則f,使得對D中的每個數x都有唯一的y∈M與之對應,則稱f是數集D上的函數。記作: f : D --> M
定義域,值域,自變量,因變量,單值對應(映射),象(y),原象(x)

|| 函數的表示法:解析法,列表法,圖像法

|| 函數的運算

  • 四則運算
  • 複合運算(複合函數)

|| 反函數:f 與 f-1互爲反函數
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|| 基本初等函數:

  • 常量函數
  • 冪函數
  • 指數函數
  • 對數函數
  • 三角函數
  • 反三角函數

|| 初等函數:由基本初等函數經過有限次的四則運算與複合運算所得到的函數,統稱爲初等函數


某些特殊函數

|| 有界函數(上界函數/下界函數)

|| 單調函數(增函數/嚴格增函數/減函數/嚴格減函數)

定義:單調函數的定義
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定理:反函數的嚴格單調同步性
若y爲嚴格增(減)函數,則f必有反函數f-1在定義域f(D)上也是單調增(減)函數

|| 奇偶函數
定義:奇偶函數的定義
奇函數:設D爲對稱於原點的數集,f爲定義在D上的函數,若對每一個x∈D有 -f(-x) = f(x)
偶奇函數:設D爲對稱於原點的數集,f爲定義在D上的函數,若對每一個x∈D有 f(-x) = f(x)

|| 週期函數
定義:週期函數的定義
設f爲定義在數集D上的函數,若存在T>0,使得對於一切f(x+T) = f(x),則稱f爲週期函數,T爲f的一個週期

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