数学分析 - 实数

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总述:数学分析研究的基本对象是定义在实数集上的函数


实数及其性质

相关声明:
1,为了讨论需要,将有限小数也表示为无限小数的形式。
eg:8 = 7.99999999… // -8 = -7.999999… // 0 = 0.000000…
2,将全体实数的集合记为R,即R= {x|x为实数}
一条定好了原点O和方向和单位长度的直线,称为数轴。任一实数都对应数轴商唯一一个点。因此“实数a”和“数轴上的点a”常常有相同意义

实数的定义:无理数和有理数统称为实数。

  • 有理数定义:可以用分数p/q(p, q为整数,q != 0)表示,也可以使用有限小数或者无限循环小数来表示
  • 无理数定义:无限不循环小数称为无理数

实数的大小关系

|| 定义一:x = a0.a1a2…an… ,y = b0.b1b2…bn…,其中a0,b0为非负整数,0 <= ak,bk <= 9

  • 若ak = bk, (k = 0,1,2,…) 则称x与y相等,记为x = y;
  • 若ak = bk,(k = 0,1,2…,l ),而al+1 > bl+1 ,则记为x > y
  • 若ak = bk,(k = 0,1,2…,l),而al+1 < bl+1 ,则记为x < y

|| 定义二:实数和有理数的近似关系

  • 设x = a0.a1a2…an… 为非负实数,则称有理数xn = a0.a1a2…an为实数x的n位不足近似,而有理数 |xn = xn + 1/10n,称为x的n位过剩近似

  • 设x = a0.a1a2…an… 为负实数,则称有理数|xn = a0.a1a2…an为实数x的n位过剩近似,而有理数 xn = xn - 1/10n,称为x的n位不足近似

实数的主要性质

  • 实数集R对于加减乘除的四则运算是封闭的,即任意两个实数的和,差,积商为实数
  • 实数集是有序的,即任意两个实数a,b都会满足三个关系之一: < , =, >
  • 实数的大小关系具有传递性
  • 实数具有阿基米德性 —> 即对任何a,b∈R,若b>a>0,则存在正整数n,使得na>b
  • 实数集R具有稠密性(介值性?),两个不等的实数之间必定存在有另一个实数

绝对值和不等式

|| 实数a的绝对值定义:
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从数轴上看,数a的绝对值|a|就是a到远点的距离

|| 实数a的绝对值 |a| 的性质:(注意第四条性质的证明)
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数集-确界原理

区间的定义:
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邻域的定义:
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有界集-确界原理

|| 定义一:上下界的定义
设S⊂R,若存在数M,使得对一切x∈S,都有x <= M,则称S为有上界的数集,M为S的一个上界
设S⊂R,若存在数L,使得对一切x∈S,都有x >= L,则称S为有下界的数集,L为S的一个下界
若数即S既有上界又有下界,则称S为有界集,反之称为无界集

|| 定义二:上下确界的定义
设S⊂R,若M满足以下两个条件则称之为上确界
1,对一切x∈S,都有x <= M。(即M是S的上界)
2,对一切m<M,都会存在x0∈S,使得x0>m(即M是S的最小上界)

|| 定理1:确界定理
设S为非空数集,若S有上界,则S必有上确界 / 若S有下界,则必有下确界

|| 当±∞也看作确界(非正常确界)时,有推广的确界定理:非空数集必有上,下确界(正常或非正常确界)


函数的概念

|| 定义一: 给定两个实数集D和M,若有对应法则f,使得对D中的每个数x都有唯一的y∈M与之对应,则称f是数集D上的函数。记作: f : D --> M
定义域,值域,自变量,因变量,单值对应(映射),象(y),原象(x)

|| 函数的表示法:解析法,列表法,图像法

|| 函数的运算

  • 四则运算
  • 复合运算(复合函数)

|| 反函数:f 与 f-1互为反函数
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|| 基本初等函数:

  • 常量函数
  • 幂函数
  • 指数函数
  • 对数函数
  • 三角函数
  • 反三角函数

|| 初等函数:由基本初等函数经过有限次的四则运算与复合运算所得到的函数,统称为初等函数


某些特殊函数

|| 有界函数(上界函数/下界函数)

|| 单调函数(增函数/严格增函数/减函数/严格减函数)

定义:单调函数的定义
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定理:反函数的严格单调同步性
若y为严格增(减)函数,则f必有反函数f-1在定义域f(D)上也是单调增(减)函数

|| 奇偶函数
定义:奇偶函数的定义
奇函数:设D为对称于原点的数集,f为定义在D上的函数,若对每一个x∈D有 -f(-x) = f(x)
偶奇函数:设D为对称于原点的数集,f为定义在D上的函数,若对每一个x∈D有 f(-x) = f(x)

|| 周期函数
定义:周期函数的定义
设f为定义在数集D上的函数,若存在T>0,使得对于一切f(x+T) = f(x),则称f为周期函数,T为f的一个周期

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