数学一 · 高等数学 第一章 函数、极限、连续

考研数学一考纲知识点笔记 · 按考纲逐条整理 · 适用于复习速查
考纲定位:高数第 1 章 重要度:★★★★★ 极限是全书基础 直接考查:选择 / 填空 / 解答题求极限 间接作用:为导数、积分、级数打基础

一、考纲考试要求(逐条对照)

以下为考纲对本章的全部要求,每条对应下文具体知识点,复习时逐条打勾自查。

#考试要求对应考点
1理解函数的概念,掌握函数的表示法,会建立应用问题的函数关系3.1
2了解函数的有界性、单调性、周期性和奇偶性3.1
3理解复合函数及分段函数的概念,了解反函数及隐函数的概念3.1
4掌握基本初等函数的性质及其图形,理解初等函数的概念3.1
5理解极限的概念,理解函数左极限与右极限的概念以及函数极限存在与左、右极限之间的关系3.2
6掌握极限的性质及四则运算法则3.2
7掌握极限存在的两个准则,并会利用它们求极限3.2
8掌握利用两个重要极限求极限的方法3.2
9理解无穷小量、无穷大量的概念,掌握无穷小量的比较方法,会用等价无穷小量求极限3.2
10理解函数连续性的概念(含左连续与右连续),会判别函数间断点的类型3.3
11了解连续函数的性质和初等函数的连续性,理解闭区间上连续函数的性质(有界性、最大值和最小值定理、介值定理)3.3

二、知识框架图

第一章 函数、极限、连续 ├─ 函数:概念与表示法 → 性质(有界/单调/奇偶/周期)→ 复合/反函数/分段/隐函数 → 基本初等函数与初等函数 ├─ 极限:数列极限 + 函数极限(左/右极限)→ 性质(唯一/局部有界/局部保号)→ 运算法则 → 两个准则(夹逼/单调有界)→ 两个重要极限 → 无穷小(比较/等价代换)与无穷大 └─ 连续:定义(左/右连续)→ 间断点分类 → 连续函数运算 → 闭区间性质(最值/介值/零点定理)
主线提示:本章的核心链条是「函数的性态 → 极限的计算 → 连续性的判定」。极限是微积分最基本运算工具,后续导数(增量比的极限)、定积分(和式极限)、级数(部分和极限)全部依赖它。

三、第一部分:函数

1. 函数的概念与表示法 高频

定义:设 D 为非空实数集,若对每个 x∈D,按某一确定的对应法则 f,都有唯一确定的实数 y 与之对应,则称 f 为定义在 D 上的函数,记 y=f(x),x 称为自变量,D 称为定义域,值域为 f(D)。

注意:函数三要素为定义域、对应法则、值域。考研判断"两个函数是否相同"只看定义域与对应法则(值域由前两者确定)。如 f(x)=x 与 g(x)=√(x²) 不是同一函数(x<0 时 g(x)=|x|)。

表示法:解析法、表格法、图形法;会建立应用问题的函数关系(几何、物理建模)。

2. 函数的四大性质 中频

性质定义要点备注
有界性 存在 M>0,使 |f(x)| ≤ M(x∈D) 上界/下界/既有上界又有下界;判断常用极限或求导
单调性 x₁<x₂ ⇒ f(x₁)<f(x₂)(增)或 >(减) 严格单调函数必存在反函数
奇偶性 定义域关于原点对称,f(-x)=f(x) 偶 / f(-x)=-f(x) 奇 奇×奇=偶、偶×偶=偶、奇×偶=奇;奇函数图像关于原点对称
周期性 存在 T>0,使 f(x+T)=f(x) 最小正周期;sin、cos 周期 2π,tan 周期 π

3. 复合函数、反函数、分段函数、隐函数 高频

4. 基本初等函数与初等函数 中频

六类基本初等函数:幂函数 x^α、指数函数 a^x(a>0,a≠1)、对数函数 logₐx、三角函数(sin、cos、tan、cot、sec、csc)、反三角函数(arcsin、arccos、arctan、arccot)、常数函数 y=C。

初等函数:由基本初等函数经过有限次四则运算和复合运算所得到的、能用一个解析式表示的函数。分段函数一般不是初等函数。

常考图像性质:e^x 与 ln x 互为反函数;arcsin 定义域 [−1,1]、值域 [−π/2,π/2];arctan 值域 (−π/2,π/2),x→+∞ 时 arctan x→π/2。

四、第二部分:极限

1. 极限的概念 高频

数列极限:lim(n→∞) xₙ = A ⟺ 对任意 ε>0,存在正整数 N,当 n>N 时 |xₙ−A|<ε。

函数极限:lim(x→x₀) f(x)=A ⟺ 对任意 ε>0,存在 δ>0,当 0<|x−x₀|<δ 时 |f(x)−A|<ε。x→∞ 情形同理。

核心定理:lim(x→x₀) f(x)=A ⟺ 左极限 lim(x→x₀⁻) f(x) = 右极限 lim(x→x₀⁺) f(x) = A。
⇒ 判断极限存在与否,先看分段函数分段点、绝对值函数尖点处的左右极限;左右极限中有一个不存在或两者不相等,则极限不存在。典型例子:x→0 时 1/x 无极限(±∞ 不同)、arctan(1/x) 无极限、e^(1/x) 无极限。

2. 极限的性质 中频

3. 极限的四则运算法则 高频

若 lim f(x)=A,lim g(x)=B(A、B 均为有限数),则
① lim[f(x)±g(x)] = A±B    ② lim[f(x)·g(x)] = A·B    ③ lim[f(x)/g(x)] = A/B(B≠0)
使用前提:参与运算的各部分极限必须都存在且为有限值(除法分母极限非零)。"∞−∞"、"∞/∞"、"0/0"、"0·∞"、"1^∞"、"∞⁰"、"0⁰" 等为未定式,不能直接代法则,需先变形(通分、有理化、等价代换、重要极限、洛必达等)。

4. 极限存在的两个准则 高频

5. 两个重要极限 必考

① lim(x→0) sin x / x = 1    (推广:lim sin□/□ = 1,□→0)
② lim(x→∞) (1 + 1/x)x = e    等价形式 lim(x→0) (1+x)1/x = e,lim(x→0) (1+x)^(a/x) = e^a
易错:第一重要极限要求"分子与分母是同一无穷小",如 lim(x→0) sin2x/x = 2;lim(x→0) sin(1/x)/(1/x) 中 1/x→∞ 不是无穷小,不能直接套。第二重要极限核心结构是 "1^∞" 型:(1+无穷小)^(无穷大倒数型指数),指数部分取倒数对应。

6. 无穷小量与无穷大量 必考

7. 等价无穷小代换(求极限核心技巧) 必考

x→0 时常用等价无穷小(记忆口诀:幂、指、对、三角):
sin x ~ x,tan x ~ x,arcsin x ~ x,arctan x ~ x
1 − cos x ~ x²/2,ln(1+x) ~ x,e^x − 1 ~ x,a^x − 1 ~ x ln a
(1+x)^α − 1 ~ αx,x − sin x ~ x³/6,tan x − x ~ x³/3,arcsin x − x ~ x³/6
使用规则:等价无穷小只能用于乘除因子整体替换,不能对加减项的局部任意替换(如 x→0 时 lim (tan x − sin x)/x³ 不能直接把 tan x、sin x 都换成 x 得 0,正确做法:tan x−sin x = tan x(1−cos x) ~ x·x²/2 = x³/2,答案为 1/2)。

8. 求极限常用方法汇总 必考

类型方法例题提示
0/0 型等价代换、因式分解约分、有理化、洛必达、泰勒展开lim (√(1+x)−1)/x
∞/∞ 型同除最高次幂(抓大头)、洛必达lim (2x³−x)/(x³+1)
∞−∞ 型通分化为 0/0 或 ∞/∞lim (1/sin x − 1/x)
0·∞ 型取倒数化为 0/0lim x·ln x (x→0⁺)
1^∞ 型凑第二个重要极限,或 ln 化指数lim (1+2/x)^x = e²
0⁰ / ∞⁰ 型取对数化指数,转为 0·lnlim x^x (x→0⁺) = 1
n 项和式夹逼准则、定积分定义(后续章节)lim (1/n²+2/n²+…+n/n²)
简化技巧:含根号差用有理化;多项式比值直接比较最高次幂系数;x→0 时 e^x−1 ~ x、ln(1+x) ~ x 用得最多。

五、第三部分:连续

1. 函数连续的定义 高频

f(x) 在 x₀ 处连续 ⟺ lim(x→x₀) f(x) = f(x₀),等价于下面三条同时成立:

左连续:lim(x→x₀⁻) f(x)=f(x₀);右连续:lim(x→x₀⁺) f(x)=f(x₀)。f 在 x₀ 连续 ⟺ 左连续且右连续。

2. 间断点及其分类 必考

不满足连续三条件之一的点即为间断点,按左右极限情况分类:

类型判定条件例子
第一类:可去间断点左右极限都存在且相等,但不等于 f(x₀) 或 f(x₀) 无定义y = sin x / x 在 x=0 处
第一类:跳跃间断点左右极限都存在但不相等y = |x|/x 在 x=0;sgn x
第二类:无穷间断点左右极限至少有一个为无穷大y = 1/x 在 x=0;tan x 在 x=π/2
第二类:振荡间断点极限不存在且非无穷(反复振荡)y = sin(1/x) 在 x=0
易错:判断分段函数在分段点处的连续性,必须分别求左右极限再与函数值比较。可去间断点"可去"意思是补定义 f(x₀)=极限值 即可连续。

3. 连续函数的运算与初等函数的连续性 低频

4. 闭区间上连续函数的性质 高频

常考题型:① 证明方程 f(x)=0 在区间内至少有一根(构造零点定理);② 证明存在 ξ 使 f(ξ)=ξ(移项构造 F(x)=f(x)−x 再用零点定理);③ 判断间断点类型(选择/填空)。

六、高频考点与易错点

考点 1:左右极限判别

分段点、|x|、e^(1/x)、arctan(1/x)、[x] 取整函数处,必求左右极限。结论:左右极限不相等或某侧不存在 ⇒ 极限不存在。

考点 2:等价无穷小求极限

0/0 型优先考虑等价代换(仅乘除因子可用),配以有理化处理根号,最后洛必达兜底。

考点 3:1^∞ 型

标准套路:lim (1+g(x))^(1/g(x)·h(x)) = e^(lim h(x)/g(x)),其中 g(x)→0。

考点 4:递推数列极限

先证单调(作差或作商),再证有界,用单调有界准则证收敛;两边取极限求值。

考点 5:间断点分类

先求左右极限:都存在→第一类(相等可去、不等跳跃);否则第二类(∞ 或振荡)。

考点 6:零点定理证根

构造辅助函数(移项使等式右边为 0),验证区间端点异号,得出存在零点。

易错点清单(考前必看)

七、常用结论速记表

结论记忆要点
sin x ~ x,tan x ~ x第一重要极限的直接推论,x→0
1−cos x ~ x²/2由 cos 展开或半角公式,x→0
ln(1+x) ~ x,e^x−1 ~ x指数对数互化,x→0
(1+x)^α−1 ~ αx广义二项展开,x→0
x−sin x ~ x³/6,tan x−x ~ x³/3差式等价,用于高阶比较
lim x·sin(1/x) = 0有界函数 × 无穷小
lim (1+a/x)^x = e^a第二重要极限推广
arctan x → ±π/2 (x→±∞)反三角函数渐近值
初等函数在定义区间内连续求极限直接代值
零点定理 f(a)f(b)<0 ⇒ ∃ξ, f(ξ)=0证明方程有根的万能入口