徐泰燕
(武昌工學(xué)院,湖北 武漢 430065)
二元函數(shù)為代表的多元函數(shù)的極限定義和一元函數(shù)的極限定義均可利用“ε-δ定義[1]”給出,表面上看,多元函數(shù)的重極限的復(fù)雜度只是由于變元個數(shù)的增加引起的,但實際上,相比一元函數(shù)在x0處的點極限僅要求x從x0的左、右兩側(cè)直線趨近于x0不同,多元函數(shù)的重極限對趨近路徑有更高的要求,即滿足任意性(既包括沿兩個坐標軸方向的直線路徑,也包括更復(fù)雜的任意函數(shù)曲線路徑),因此,二元函數(shù)的極限求解問題相對復(fù)雜很多。
但有時題目不滿足相應(yīng)的條件,無法運用相應(yīng)的方法,例如在實際教學(xué)過程中遇到的下面求二重極限在點(0,0)處無意義,進而不連續(xù),從而本極限不能利用二元函數(shù)的連續(xù)性計算該極限,但可以結(jié)合相關(guān)二元函數(shù)的理論探討其他求解方法。本文針對該題給出五種不同的解答方法,以供大家教學(xué)時參考。
求一元函數(shù)的極限有許多方法,如:四則運算求極限法、等價無窮小量代換法、有界量乘以無窮小量仍為無窮小量的結(jié)論、兩類重要極限、利用連續(xù)性、洛必達法則等,上述方法在條件滿足的情況下可以推廣到二元函數(shù)為代表的多元函數(shù)的重積分計算中,也即重積分的計算可以選擇恰當(dāng)?shù)淖兞看鷵Q轉(zhuǎn)化成一元函數(shù)的極限求解,進而使問題變得簡便。
在一元函數(shù)的極限求解中,當(dāng)x→0時,sinx→0和ln(1+x)均為無窮小量,利用第一類重要極限可知 sinx~x,同理,ln(1+x)~x,在做極限的乘除法運算時,可將sinx用x代換,ln(1+x)用x代換,從而=1,可見恰當(dāng)?shù)倪M行等價無窮小代換可使極限問題變得簡便。 而對于本題,當(dāng)(x,y)→(0,0)時,sin(x3+y3)→0,可令 x3+y3=u,類似于一元函數(shù)的等價無窮小代換理論將sinu用u代換,即將方法進行探討,以下不再對此再做一一單獨說明。
極限的“ε-δ定義[1]: 設(shè)函數(shù) z=f(x,y)的定義域為 D,P0(x0,y0)是 D的聚點,如果存在常數(shù)A,對于任意給定的正數(shù)ε(無論多么?。?,總存在正數(shù) δ,使得當(dāng)點 P(x,y)∈D∩ (P0,δ)總有<ε 成立,則稱 A 為函數(shù) z=f(x,y)當(dāng)(x,y)→(x0,y0)(或 P→P0)時的極限,記作x,y)=A。
給定?ε>0(無論多么?。梅趴s法,要使下面式子
對于一元函數(shù)的極限,有下面定理:
定理1[1]在某一極限過程中,若 α(x)是無窮小量,f(x)是有界函數(shù),則 α(x)f(x)仍是無窮小量。
對于上面定理,可將其推廣到多元函數(shù)的重極限計算中,本例中,對函數(shù)做變形得:
定理 2[2]設(shè) f(z)=u(x,y)+iv(x,y),g(z)=w(x,y)+ih(x,y)是以 z0=x0+y0為零點的兩個不恒等于0的解析函數(shù),則有:
在二重極限的計算中,當(dāng)出現(xiàn)(x,y)→(0,0),且二元函數(shù)解析式中包含x2+y2的形式時,一般可考慮極坐標變換法。
利用上面結(jié)論,在本例中,x0=0,y0=0,可令 x=rcosθ,y=rsinθ,
定理 3[4]若二元函數(shù) f(x,y)、g(x,y)滿足:(1)在
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