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3.2 左极限与右极限

我们已经看到,极限描述了函数在一个定点附近的行为。现在想想看,你会如何描述图 3-3 中 h x )在 x =3 附近的行为。

图3-3

当然,就趋于极限的行为而言, h (3)=2实际上是无关紧要的。现在,当你从左侧接近于 x =3 时会发生什么呢?想象一下,你是图中的远足者,顺着山势上下。 h x )的值会告诉你,当你的水平位置是 x 时,你所在高度是多少。因此,如果你从图的左边向右走,那么当你的水平位置接近于 3 时,你所在高度就会接近于 1。当然,当到达 x =3 时你会陡然坠落(更不用说那个古怪的小突起),但暂时我们不关心。这时任何在 x =3 右侧的值,包含 x =3 本身对应的值,都是无关紧要的。因此,就可以看到 h x )在 x =3 的 极限 等于 1。

另一方面,如果你从图的右边向左走,那么当你的水平位置接近于 x =3 时,你所在高度就会接近于−2。这就是说, h x )在 x =3 的 右极限 等于−2。这时任何在 x =3 左侧(包含 x =3 本身)的值都是无关紧要的。

可将上述发现总结如下:

在上面第一个极限中 3 后的小减号表示该极限是一个左极限,第二个极限中 3 后的小加号表示该极限是一个右极限。要在 3 的后面写上减号或加号,而不是在前面,这是非常重要的!例如,如果你写成

那么指的是 h x )在 x =−3 时的通常的双侧极限,而不是 h x )在 x =3 时的左极限。这确实是两个完全不同的概念。顺便说一下,在左极限的极限符号底下写 x →3 的理由是,此极限只涉及小于 3 的 x 的值。也就是说,你需要在 3 上减一点点来看会有什么情况发生。类似地,对于右极限,当你写 x →3 + 的时候,这意味着你只需要考虑如果在 3 上加一点点会有什么情况发生。

正如我们将在下一节看到的,极限不是总存在的。但这里的要点是:通常的双侧极限在 x = a 处存在,仅当左极限和右极限在 x = a 处都存在且相等!在这种情况下,这三个极限(双侧极限、左极限和右极限)都是一样的。用数学的语言描述,我们说,

等价于

如果左极限和右极限不相等,例如上述例子中的函数 h ,那么双侧极限不存在。我们写作

或使用缩写“DNE”表示“不存在”。 ypWZ4ojQP7bECH+cB07HL9YJiaRc3zGmBBA7LuFo83IVwD5W51JpyxVxxC4fn0z5

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