高阶无穷小

更新时间:2023-11-14 21:52

若lim(β/α)=0,则称“β是比α较高阶的无穷小”。意思是在某一过程(x→x0或x→∞这类过程)中,β→0比α→0快一些。

基本概念

对于两个无穷小量 和 ,如果 ,就把 叫做比 高阶的无穷小量,并把 叫做比 低阶的无穷小量;简称 是 的高阶无穷小, 是 的低阶无穷小,记成 。

如果 ,其中 为异于零的常数,这时把 叫做 的 阶无穷小。

例如,因为 ,所以 时 是比 较高阶的无穷小,意思是说在 的过程中 比 趋向0的速度快。

概念分析

在同一个变化过程中的两个无穷小,虽然同时都趋向于零,但是它们趋向于零的快慢程度有时却不一样,甚至差别很大。实际问题中,有时需要讨论这种趋向零的快慢问题,举例于下。

有一块正方形的金属片,它的边长原来是3,受热后增加了 ,问这块金属片的面积增加了多少?

如图1所示,设加热前正方形金属片的面积为 ,即 ,加热后正方形金属片的面积为 ,即

因此正方形金属片在加热后面积增加了 :

这个等式的右边有两项,我们在图1中看到,画有斜线的两块窄矩形的面积之和就是 ,而画有交叉线的一小块正方形的面积就是 。

容易看出,当时, ,就是说, 和 都是当时的无穷小。我们把它们趋近于零的快慢情况列表比较于下:

从表中看出,当时, 趋近零比 趋近零快得多,从它们的比值来看,就有

即 与 之比也是当时的无穷小。这时,我们就说 是比 高阶的无穷小。

一般地,我们对两个无穷小的比较作如下规定:

设 和 都是无穷小,如果 ,我们就说 是比高阶的无穷小。

在实际问题的计算中,如果遇到几个不同阶的无穷小量之和,常常把高阶无穷小忽略不计。例如,在计算上述正方形金属片加热后的面积时,如果 不大,就往往略去 项,而得到

这样,既抓住了主要矛盾,又简化了运算手续,而且在许多情况下满足了实际问题的要求。

无穷小量的比较

设 是同一变化过程中的无穷小, 这一过程中的极限,那么:

(1)如果 ,则称 是比 高阶的无穷小,记作 。

(2) 如果 ,则称 是比 低阶的无穷小。

(3) 如果 ,则称 与 是同阶无穷小

(4) 如果 ,则称 与 是等价无穷小,记作 。

(5) 如果 ,则称 是关于 的k阶无穷小。

注意:并不是任何两个无穷小都可以做比较,例如与都是在时的无穷小,但这两者无法比较。

常用的等价无穷小

当 时,

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