脑洞大开的微积分
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2.7 无穷小的比较

在介绍另一个重要极限之前,我们先来了解一下什么叫无穷小。无穷小并不是无穷大(∞)的相反数。按照之前取极限的说法,当x→0时,x、x3和sinx等函数的值都是无穷小。有一种不严谨的说法是:可以把无穷大的倒数理解为无穷小。这种说法来源于。对于这种不严谨的说法,我们很容易就能找出一个反例:

假如我们设了一个变量,它的大小是无穷大的话。那么它的平方是不是等于它本身呢?

如果我们假设x2=∞,那么就可以推导出x=x2。显然,如果要使x=x2成立,x应等于1或0而1和0都不是无穷大。由此推出之前的假设是不成立的。此时我们发现,虽然x和x2都是无穷大,但它们是不相等的。

而相同的情况也出现在无穷小中。

前面说过,当x→0时,x、x3和sinx等函数的值都是无穷小,而且无穷大之间不相等的情况也会出现在无穷小中。既然无穷小不相等,那么它们之间是否存在大小关系呢?换句话说, 我们能不能比较出两个无穷小的大小呢注22?我们用分别表示当x→0时的x、x3和sinx。当需要比较两数值大小时常用的方法为两数相减和两数相除,这里我们选择两数相除的方法。

我们来比较

欲比较的大小,只需将两数相除。则有

综上所述,的低阶无穷小。而比较无穷小之间大小的方法总结如下:

时,β是α的高阶无穷小;当时,β是α的低阶无穷小;当=非零常数时,β是α的同阶无穷小。特殊地,当=1时,β是α的等价无穷小。