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文檔簡介

1、第一節(jié) 數(shù)列的極限教學(xué)目的:理解數(shù)列極限的概念、計算,為研究微積分作好工具準(zhǔn)備教學(xué)重點(diǎn):數(shù)列的極限定義與計算教學(xué)難點(diǎn):數(shù)列極限概念的理解教學(xué)內(nèi)容:1. 數(shù)列的極限極限概念是由于求某些實(shí)際問題的精確解答而產(chǎn)生的。例如,我國古代數(shù)學(xué)家劉徽(公元3世紀(jì))利用圓內(nèi)接正多邊形來推算圓面積的方法割圓術(shù),就是極限思想在幾何學(xué)上的應(yīng)用。設(shè)有一圓,首先作內(nèi)接正六邊形,把它的面積記為;再作內(nèi)接正十二邊形,其面積記為;再作內(nèi)接正二十四邊形,其面積記為;循此下去,每次邊數(shù)加倍,一般地把內(nèi)接正邊形的面積記為。這樣,就得到一系列內(nèi)接正多邊形的面積:它們構(gòu)成一列有次序的數(shù)。當(dāng)越大,內(nèi)接正多邊形與圓的差別就越小,從而以作為圓

2、面積的近似值也越精確。但是無論取得如何大,只要取定了,終究只是多邊形的面積,而還不是圓的面積。因此,設(shè)想無限增大(記為,讀作趨于無窮大),即內(nèi)接正多邊形的邊數(shù)無限增加,在這個過程中,內(nèi)接正多邊形無限接近于圓,同時也無限接近于某一確定的數(shù)值,這個確定的數(shù)值就理解為圓的面積。這個確定的數(shù)值在數(shù)學(xué)上稱為上面這列有次序的數(shù)(所謂數(shù)列)當(dāng)時的極限。在圓面積問題中我們看到,正是這個數(shù)列的極限才精確地表達(dá)了圓的面積。在解決實(shí)際問題中逐漸形成的這種極限方法,已成為高等數(shù)學(xué)中的一種基本方法,因此有必要作進(jìn)一步的闡明。先說明數(shù)列的概念。如果按照某一法則,有第一個數(shù),第二個數(shù),這樣依次序排列著,使得對應(yīng)著任何一個正

3、整數(shù)有一個確定的數(shù),那么,這列有次序的數(shù)就叫做數(shù)列。數(shù)列中的每一個數(shù)叫做數(shù)列的項(xiàng),第項(xiàng)叫做數(shù)列的一般項(xiàng)。例如:都是數(shù)列的例子,它們的一般項(xiàng)依次為。以后,數(shù)列也簡記為數(shù)列。如果數(shù)列,當(dāng)無限增大時,數(shù)列的取值能無限接近常數(shù),我們就稱是當(dāng)時的極限,記作它的解析定義是:如果數(shù)列與常數(shù)有下列關(guān)系:對于任意給定的正數(shù)(不論它多么?。?,總存在正整數(shù),使得對于時的一切,不等式都成立,則稱常數(shù)是數(shù)列的極限,或者稱數(shù)列收斂于,記為或。如果數(shù)列沒有極限,就說數(shù)列是發(fā)散的。顯然收斂數(shù)列有下述3個性質(zhì)性質(zhì)1(極限的唯一性)數(shù)列不能收斂于兩個不同的極限。性質(zhì)2(收斂數(shù)列的有界性)如果數(shù)列收斂,那么數(shù)列一定有界。性質(zhì)3(收

4、斂數(shù)列與其子數(shù)列間的關(guān)系)如果數(shù)列收斂于,那么它的任一子數(shù)列也收斂,且極限也是。小結(jié):本節(jié)講述了函數(shù)在各種趨勢下的極限定義,熟練計算函數(shù)的極限。作業(yè): P38第二節(jié) 函數(shù)的極限教學(xué)目的:理解函數(shù)極限的概念、左右極限的概念,為研究微積分作好工具準(zhǔn)備教學(xué)重點(diǎn):各種趨勢下的極限定義,左右極限存在與極限存在的關(guān)系教學(xué)難點(diǎn):函數(shù)極限概念的理解教學(xué)內(nèi)容: 數(shù)列作為定義在正整數(shù)集上的函數(shù),它的自變量在數(shù)軸上不是連續(xù)變動的.因此說數(shù)列反映的是一種“整標(biāo)函數(shù)”.但是,自然現(xiàn)象和社會科學(xué)及工程實(shí)際中的很多問題存在著“連續(xù)性”的變化過程,為了研究這類變化過程,就需要討論函數(shù)的極限.在實(shí)踐中,有時需要討論當(dāng)自變量的絕

5、對值無限增大(記作)時對應(yīng)的函數(shù)值的變化情況;有時需要討論當(dāng)自變量在數(shù)軸上連續(xù)地變動而無限接近于(記作)時對應(yīng)的函數(shù)值的變化情況.總之,經(jīng)常需要研究在自變量的某一變化過程中,對應(yīng)的函數(shù)值的變化趨勢問題.如果在自變量的某一變化過程中,對應(yīng)的函數(shù)值無限接近于某個確定的數(shù),那么這個確定的數(shù)就稱為在該自變量變化過程中的函數(shù)的極限.本節(jié)先討論函數(shù)在無窮大處的極限,即時的極限,然后再討論函數(shù)在點(diǎn)處的極限,即時的極限.一、函數(shù)在無窮大處的極限對于函數(shù)= (0),當(dāng)自變量的絕對值無限增大時,對應(yīng)的函數(shù)值=無限接近于常數(shù)3.一般地,設(shè)函數(shù)在>處有定義,如果當(dāng)自變量的絕對值無限增大(記作)時,對應(yīng)的函數(shù)值無

6、限接近某個確定的常數(shù),則稱為函數(shù)當(dāng)時的極限.時函數(shù)的極限可視為數(shù)列=當(dāng)時的極限的推廣,為此仿照數(shù)列極限的定義,可以給出時,函數(shù)極限的精確定義如下:定義1 設(shè)函數(shù)在>處有定義,如果對于任意給定的正數(shù)(無論它多么小),總存在正數(shù)(),使得適合不等式>的所有,對應(yīng)的函數(shù)值都滿足<,那么常數(shù)就稱為函數(shù)當(dāng)時的極限,記作=或(當(dāng)時).如果>0且無限增大(記作+),將上述定義中的>改寫為>,就得=的定義;同樣,<0而絕對值無限增大(記作),將>改寫為<,就得=的定義.從幾何上來看,=的意義是:作直線和,則總存在一個正數(shù),使當(dāng)<一或>時,函數(shù)的

7、圖形位于這兩條平行直線和之間(圖22).圖22由上述這些極限定義不難得到如下結(jié)論: 存在當(dāng)且僅當(dāng)與都存在且相等.例1證明:.證這里,要使只要<,即>,因而對于任意給定的正數(shù),取=,當(dāng)>時,就有<,故 .例2 證明:.證這里,要使<,只要<,即<,對于任意的正數(shù)0<<1,取=,當(dāng)<時,就有<,因此 .如果=或=,則直線是函數(shù)的圖形的水平漸近線.由以上兩例可知,是和的圖形的水平漸近線.二、函數(shù)在有限點(diǎn)處的極限1.函數(shù)在有限點(diǎn)處的極限 先考察如下例子:例3 函數(shù)在(,+)內(nèi)有定義,如圖23所示.考察當(dāng)時,函數(shù)的變化情況.圖23為更直觀

8、些,列表21如下:表2-10-0.1-0.3-0.4-0.49-0.5-0.51-0.6-0.8-0.9-1-1-1.2-1.6-1.8-1.98-2-2.02-2.2-2.6-2.8-3由上表可以看出,當(dāng)越來越接近時,與2的差值越來越接近于0,當(dāng)無論從大于還是從小于兩側(cè)趨向于時,可以任意小,即對于任意給定的正數(shù),要使,只要取就可以,換句話說,當(dāng)在點(diǎn)=的的鄰域(,)內(nèi)時,<恒成立.對于這種情形,我們可以稱當(dāng)時,=21有極限2.例4 函數(shù)=在(,1)(1,+)內(nèi)有定義,考察當(dāng)1時,函數(shù)的變化情況,列表22如下:表2-20.90.990.9991.00011.0011.011.11.91.9

9、91.9992.00012.0012.012.1由上表可以看出,當(dāng)越來越接近1時,與2的差值越來越接近于0,無論是從大于1還是小于1的兩側(cè)趨向于1時,可以任意小,即對于任意給定的正數(shù),恒成立.對于這種情形,我們可以稱當(dāng)1時,有極限2.從上面兩個實(shí)例考察看到,研究趨向于時函數(shù)的極限,是指充分接近于時,函數(shù)值的變化趨勢,而不是求在處的函數(shù)值.因此,研究趨向于時的極限問題,與函數(shù)在=處是否有定義無關(guān).一般地,設(shè)函數(shù)在點(diǎn)的某個去心鄰域內(nèi)有定義,為常數(shù),如果在自變量的變化過程中,對應(yīng)的函數(shù)值無限接近于,就稱是函數(shù)當(dāng)時的極限.在的過程中,函數(shù)值無限接近于,就是無限接近于0.由于函數(shù)值無限接近于是在過程中實(shí)

10、現(xiàn)的,所以對任意給定的無論多么小的正數(shù),要求充分接近于的所對應(yīng)的函數(shù)值都滿足<,而自變量充分接近于可表達(dá)為落在某個去心的鄰域內(nèi),即0<<或(,)(,+),為某個正數(shù).下面給出時函數(shù)極限的精確定義:定義2設(shè)函數(shù)在點(diǎn)的某個去心鄰域內(nèi)有定義,為常數(shù),如果對于任意給定的正數(shù),總存在正數(shù),使得適合不等式0<<的一切,對應(yīng)的函數(shù)值都滿足不等式<,那么常數(shù)稱為函數(shù)當(dāng)時的極限,簡稱是在處的極限,記作=或(當(dāng)時).應(yīng)該注意如下兩點(diǎn):(1)定義中0<表示.它揭示了時有沒有極限與在點(diǎn)是否有定義無關(guān);<揭示了與距離小于,所以0<<表示(,)(,+),其中(,

11、)是的左鄰域,(,+)是右鄰域,這兩個鄰域的并集就是的去心鄰域,通常記為(,)或0<<;(2)定義2中的是隨的給定而選定的,這個可以小于從<中解出的數(shù),但不能比它大.函數(shù)當(dāng)時的極限為的幾何意義是:對于任意給定的正數(shù),在直線的上方和下方各作一條直線和,則總有正數(shù),使得在區(qū)間(,)與(,+)內(nèi)函數(shù)的曲線介于這兩條平行直線和之間.也就是說,這些點(diǎn)落在上面所作的矩形內(nèi)(圖24).圖24例5設(shè)c是常數(shù),是定點(diǎn),證明:.證因?yàn)?0,因此,對于任意給定的正數(shù),可任取一個正數(shù),例如取=1,當(dāng)0<<1時,有=0<,所以.例6 證明:.證因?yàn)?,要使<,只要<,因此

12、可取=,這樣,對于任意給定的正數(shù),取=,當(dāng)0<<時,有=<,所以.例7證明:.證因?yàn)?,所以對于任意給定的正數(shù),要使=<,只要<,因此可取=,則當(dāng)適合不等式0<<時,對應(yīng)的函數(shù)值就滿足不等式<,故 .例8 證明.證=,要使=<,即<sin<,只要.由于只需對充分小的,能找出滿足條件的,因此不妨就小于1的正數(shù)來論證.對于任意給定的正數(shù)(0<<1),取,當(dāng)0<<時,就有<,所以.利用函數(shù)極限的定義可以驗(yàn)證某個常數(shù)是在處的極限,但不是求函數(shù)在處的極限是的方法,求函數(shù)極限問題將在以后的章節(jié)中討論.但可以證明

13、:冪函數(shù),指數(shù)函數(shù),對數(shù)函數(shù),三角函數(shù)和反三角函數(shù)等基本初等函數(shù)在其各自的定義域內(nèi)任意點(diǎn)處的極限都存在,且等于該點(diǎn)處的函數(shù)值.例9指數(shù)函數(shù),證明:.證因?yàn)?,要使<,即,只要 .所以只需要對充分小的正數(shù),找出滿足條件的正數(shù),就可以對小于的任意正數(shù)進(jìn)行論證.對于任意給定的(0<<),取=,當(dāng)0<時,有<,故.例10 證明:.證 函數(shù)在點(diǎn)=1是沒有定義的,但是函數(shù)當(dāng)時的極限是否存在與函數(shù)在=1處有無定義無關(guān).事實(shí)上,對于任意給定的正數(shù),不等式,當(dāng)約去因子后,化為,因此,只要取,當(dāng)時,就有,故 .2.函數(shù)在有限點(diǎn)處的左、右極限在時函數(shù)的極限概念中,自變量可以是左側(cè)的點(diǎn)(

14、即<),也可以是右側(cè)的點(diǎn)(即>).但有的函數(shù)僅在的左鄰域有定義或者實(shí)際問題只需要討論函數(shù)在左鄰域的變化情況.為明確起見,引入函數(shù)的“左極限”的概念,它是指從左側(cè)趨向于時,對應(yīng)的函數(shù)值接近于一個常數(shù).類似地有“右極限”的概念,其定義如下:設(shè)函數(shù)在某個左(右)鄰域內(nèi)有定義,如果對于任意給定的正數(shù),存在正數(shù),使得對滿足不等式的一切,對應(yīng)的函數(shù)值適合不等式<,那么常數(shù)稱為函數(shù)在點(diǎn)處的左(右)極限.左極限記作或或;右極限記作或或.根據(jù)時函數(shù)的極限定義和左、右極限的定義,容易證明:函數(shù)當(dāng)時極限存在的充分必要條件是左極限和右極限都存在且相等,即=(記號“”表示等價)因此,當(dāng)及都存在,但不相

15、等,或者與中至少有一個不存在時,就可斷言在處極限不存在.例11 設(shè)函數(shù)=證明:當(dāng)0時,的極限不存在.證因?yàn)?1,=1,即,所以不存在(圖25).圖25例12 設(shè)函數(shù)=求,并由此判斷是否存在.解=,因?yàn)?,所以由函?shù)在=處極限存在的充要條件知,=5.三、函數(shù)極限的性質(zhì) 1.函數(shù)極限的唯一性如果(或)存在,那么該極限是唯一的,它的證明方法與上節(jié)證明數(shù)列極限的唯一性類似. 2.局部有界性與局部保號性如果=,則有(1)局部有界性:在的某個去心鄰域內(nèi),函數(shù)有界;(2)局部保號性:當(dāng)0(或0)時,在某個去心鄰域內(nèi)0(或0).證(1)由函數(shù)在有限點(diǎn)的極限定義知,對于=1時,存在一個正數(shù),當(dāng)0<<時

16、,就有<1,即,從而證得在的去心鄰域(0,)內(nèi)有界.(2)當(dāng)0時,就取,則相應(yīng)地存在一個正數(shù)0,在(0,)內(nèi),=0.當(dāng)0時,取=,則相應(yīng)地存在一個正數(shù)0,在U(0,)內(nèi),有+=+=0,這就證明了局部保號性. 3.局部不等式性如果=,且在的某個去心鄰域內(nèi),函數(shù)0(或0),那么0(或0).證設(shè)=,0,要證0.用反證法,假設(shè)0,則按局部保號性,在的某個去心鄰域內(nèi)應(yīng)有0,與所給條件矛盾.局部保號性和局部不等式性指出了函數(shù)極限的符號與函數(shù)符號之間的對應(yīng)關(guān)系.小結(jié):本節(jié)講述了函數(shù)在各種趨勢下的極限定義,熟練計算函數(shù)的極限。作業(yè):P43第三節(jié) 無窮大與無窮小教學(xué)目的:理解無窮小量和無窮大量的概念,掌握

17、無窮小量、無窮大量以及有量之間的關(guān)系,掌握它們的性質(zhì)教學(xué)重點(diǎn):無窮小量和無窮大量的概念教學(xué)難點(diǎn):無窮小量和無窮大量有關(guān)性質(zhì)教學(xué)內(nèi)容:前面我們研究了數(shù)列的極限、函數(shù)的極限、函數(shù)的極限、函數(shù)的極限、函數(shù)的極限、函數(shù)的極限、函數(shù)的極限,這七種趨近方式。下面我們用表示上述七種的某一種趨近方式,即定義1 當(dāng)在給定的下,以零為極限,則稱是下的無窮小量,即。定義2 當(dāng)在給定的下,無限增大,則稱是下的無窮大量,記作。顯然,時,都是無窮大量,時,都是無窮小量。注:無窮大量、無窮小量的概念是反映變量的變化趨勢,因此任何常量都不是無窮大量,任何非零常量都不是無窮小,談及無窮大量、無窮小量之時,首先應(yīng)給出自變量的變化

18、趨勢。關(guān)于無窮大、無窮小有如下一些結(jié)論:定理1 在自變量的同一變化過程(或)中,具有極限的函數(shù)等于它的極限與一個無窮小之和;反之,如果函數(shù)可表示為常數(shù)與無窮小之和,那么該常數(shù)就是這函數(shù)的極限。定理2 在自變量的同一變化過程中,如果為無窮大,則為無窮??;反之,如果為無窮小,且,則為無窮大。定理3 有限個無窮小的和也是無窮小。定理4 有界函數(shù)與無窮小的乘積是無窮小。推論1 常數(shù)與無窮小的乘積是無窮小。推論2 有限個無窮小的乘積也是無窮小。定理5 如果,則存在,且。在這里應(yīng)該注意:(1)無窮多個無窮小量之和不一定是無窮小量。(2)無窮多個無窮小量之積也不一定是無窮小量。例如,當(dāng)時,是無窮小,個這種無

19、窮小之和的極限顯然為2。(3)無窮大量乘以有界量不一定是無窮大量。例如,當(dāng)時,是無窮大量,是有界量,顯然。(4)下,其極限未必大于0。例如,顯然,但。(5)無窮多個無窮小量之積也未必是無窮小量。小結(jié):本節(jié)給出了無窮小量和無窮大量的概念和它們的相關(guān)性質(zhì),注意不要錯誤的利用這些性質(zhì)。作業(yè):作業(yè) P3第四節(jié) 極限的運(yùn)算法則教學(xué)目的:掌握極限的性質(zhì)及運(yùn)算法則教學(xué)重點(diǎn):掌握不同類型的未定式的不同解法教學(xué)難點(diǎn):計算教學(xué)內(nèi)容:在給定的趨勢下,和都存在的情況下,有如下運(yùn)算法則成立(1)(2)(3)(4)這些極限的運(yùn)算法則在實(shí)際運(yùn)算中未必逐一使用,例如是一目了然的,下面就將幾種常用的方法總結(jié)一下。1. 代入法:

20、直接將的代入所求極限的函數(shù)中去,若存在,即為其極限,若不存在,我們也能知道屬于哪種未定式,便于我們選擇不同的方法。例如,就代不進(jìn)去了,但我們看出了這是一個型未定式,我們可以用以下的方法來求解。2. 分解因式,消去零因子法例如,。3. 分子(分母)有理化法例如,又如,4. 化無窮大為無窮小法例如,實(shí)際上就是分子分母同時除以這個無窮大量。由此不難得出又如,(分子分母同除)。再如,(分子分母同除)。5. 利用定理求極限例如,(無窮小量乘以有界量)。6. 復(fù)合函數(shù)的極限運(yùn)算設(shè)函數(shù)當(dāng)時的極限存在且等于,即,但在點(diǎn)的某去心鄰域內(nèi),又,則復(fù)合函數(shù)當(dāng)時的極限也存在,且小結(jié):本節(jié)介紹了不同類型的未定式的不同解法

21、,要熟練掌握這些方法作業(yè):作業(yè) P3P5第五節(jié) 兩個重要極限、無窮小的比較教學(xué)目的:掌握兩個極限的存在準(zhǔn)則,并會利用它們求極限,掌握利用兩個重要極限求極限的方法教學(xué)重點(diǎn):利用兩個重要極限求極限教學(xué)難點(diǎn):利用第二重要極限求極限的方法教學(xué)內(nèi)容:下面我們來介紹極限存在的兩個準(zhǔn)則:1. 準(zhǔn)則1 如果數(shù)列及滿足下列條件:(1),(2)那么數(shù)列的極限存在,且。準(zhǔn)則2 單調(diào)有界數(shù)列必有極限如果數(shù)列滿足條件,就稱數(shù)列是單調(diào)增加的;如果數(shù)列滿足條件,就稱數(shù)列是單調(diào)減少的。單調(diào)增加和單調(diào)減少的數(shù)列統(tǒng)稱為單調(diào)數(shù)列。例求解:而所以原式極限為1。2. 第一個重要極限:利用收斂準(zhǔn)則1,我們?nèi)菀鬃C得第一個重要極限(詳見教材

22、)注1 為了更好利用第一個重要極限求極限,應(yīng)掌握好如下模型:成立的條件是在給定的趨勢下,兩個應(yīng)該是一模一樣的無窮小量。例如,。注2 第一個重要極限可以解決型,含三角函數(shù)的未定式。自我練習(xí):(1)(2)(3)(4)2第二個重要極限:注1 上述三種形式也可統(tǒng)一為模型成立的條件是在給定趨勢下,兩個是一模一樣的無窮小量。注2 第二個重要極限解決的對象是型未定式。例如,自我練習(xí):(1)(2)(3)(4)(5)3. 無窮小的比較當(dāng)在給定的趨勢下,變量、都是無窮小量,那么,它們誰趨近于零的速度更快呢,我們給出如下定義:如果,就說是比高階的無窮小,記作;如果,就說是比低階的無窮小。如果,就說是和同階無窮??;如

23、果,就說是關(guān)于的階無窮小。如果,就說與是等價無窮小,記作。注:求極限過程中,一個無窮小量可以用與其等價的無窮小量代替,但只能在因式情況下使用,和、差情況不能用。小結(jié):本節(jié)講述了兩個極限的收斂準(zhǔn)則,兩個重要極限及利用兩個重要極限求限的方法,對無窮小量進(jìn)行了分類。作業(yè):P5P7第六節(jié) 函數(shù)的連續(xù)與間斷教學(xué)目的:理解函數(shù)連續(xù)的概念,會判斷函數(shù)間斷點(diǎn)的類型,了解初等函數(shù)的連續(xù)性和閉區(qū)間上連續(xù)函數(shù)的性質(zhì),并會應(yīng)用這些性質(zhì)教學(xué)重點(diǎn):連續(xù)的定義,間斷點(diǎn)的分類教學(xué)難點(diǎn):連續(xù)的定義,間斷點(diǎn)的分類教學(xué)內(nèi)容:1 數(shù)的連續(xù)性對,當(dāng)自變量從變到,稱叫自變量的增量,而叫函數(shù)的增量。定義 設(shè)函數(shù)在點(diǎn)的某一鄰域內(nèi)有定義,如果

24、當(dāng)自變量的增量趨于零時,對應(yīng)的函數(shù)的增量也趨于零,那么就稱函數(shù)在點(diǎn)連續(xù)。它的另一等價定義是:設(shè)函數(shù)在點(diǎn)的某一鄰域內(nèi)有定義,如果函數(shù)當(dāng)時的極限存在,且等于它在點(diǎn)處的函數(shù)值,即,那么就稱函數(shù)在點(diǎn)連續(xù)。下面給出左連續(xù)及右連續(xù)的概念。如果存在且等于,即,就說函數(shù)在點(diǎn)左連續(xù)。如果存在且等于,即,就說函數(shù)在點(diǎn)右連續(xù)。在區(qū)間上每一點(diǎn)都連續(xù)的函數(shù),叫做在該區(qū)間上的連續(xù)函數(shù),或者說函數(shù)在該區(qū)間上連續(xù)。如果區(qū)間包括端點(diǎn),那么函數(shù)在右端點(diǎn)連續(xù)是指左連續(xù),在左端點(diǎn)連續(xù)是指右連續(xù)。連續(xù)函數(shù)的圖形是一條連續(xù)而不間斷的曲線。2 數(shù)的間斷點(diǎn)設(shè)函數(shù)在點(diǎn)的某去心鄰域內(nèi)有定義。在此前提下,如果函數(shù)有下列三種情形之一:(1)在沒有定義;(2)雖在有定義,但不存在;(3)雖在有定義,且存在,但;則函數(shù)在點(diǎn)為不連續(xù),而點(diǎn)稱為函數(shù)的不連續(xù)點(diǎn)或間斷點(diǎn)。下面我們來觀察下述幾個函數(shù)的曲線在點(diǎn)的情況,給出間斷點(diǎn)的分類: 在連續(xù)。 在間斷,極限為2。 在間斷,極限為2。 在間斷,左極限為2,右極限為1。 在 間斷在間斷,極限不存在。像這樣在點(diǎn)左右極限都存在的間斷,稱為第一類間

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