02.02极限运算与无穷量
流水线上的两个越来越封面场景

极限运算与无穷量 · 沉浸式数学故事

流水线上的两个越来越

单件耗时越来越小,包装件数越来越多。两个方向相反的变化碰在一起,总耗时究竟听谁的?

第 2 章 · 极限与连续 · 6 幕故事 · 1 个训练

流水线上的两个越来越:一件要 12 秒,一百件排成长队。

包装线 · 改造前

一件要 12 秒,一百件排成长队。

食品车间准备提速。原先单件包装耗时固定,班长只要用件数乘以单件时间,就能排出整班任务。

总耗时 T = 件数 n × 单件耗时 t乘积把两个变化量绑在了一起。
流水线上的两个越来越:件数越来越多,单件时间越来越少。

提速试验

件数越来越多,单件时间越来越少。

新设备把一次动作拆得更细:每批件数增加,单件耗时下降。有人看到 t→0 就断言总耗时也会归零。

n → ∞,t → 0只看一个因子,无法替整个乘积作结论。
流水线上的两个越来越:很小乘有界,一定一起归零。

第一种情况

很小乘有界,一定一起归零。

师傅先把班次数量限制在不超过 500 件。无论怎样波动,件数都有上界;当单件误差趋于 0,累计误差也被压向 0。

α(x)→0,|g(x)|≤M ⇒ α(x)g(x)→0无穷小与有界量的乘积仍是无穷小。
流水线上的两个越来越:0 乘无穷,不是一个答案。

第二种情况

0 乘无穷,不是一个答案。

若件数不设上限,t=1/n 时总量趋于 1;t=1/n² 时趋于 0;t=1/√n 时反而无穷大。

n·1/n→1 n·1/n²→0 n/√n→∞0·∞ 是未定式,必须比较变化速度。
流水线上的两个越来越:先确认各自极限,再判断能否直接运算。

运算法则

先确认各自极限,再判断能否直接运算。

和、差、积、商都有条件。特别是商的分母极限不能为 0;遇到未定式,就要先变形,而不是把符号当普通数计算。

lim(f/g)=A/B,前提 B≠0“能不能代”永远先于“代出多少”。
流水线上的两个越来越:两个“越来越”,终于被算成一张可靠工单。

班次计划

两个“越来越”,终于被算成一张可靠工单。

班长给件数设定范围,再用实测 t(n) 比较增长速度,得到总耗时上界。流水线提速不再靠口号,而是靠极限关系。

比较主导项 → 判断乘积去向方向相反并不自动抵消。
流水线上的两个越来越训练场景

尾声 · 带着方法进课堂

故事落幕,判断才刚开始。

把这一课的条件、公式与易错点带进最后一次判断。

已知 α(x)→0,g(x) 有界,则 α(x)g(x) 的极限是?
再读一遍

互动实验 · n→∞ 却各奔东西∞ · 0

同样是"无穷 × 趋零",结局却有三种

件数 n 越来越多,单件耗时越来越小——三条乘积都是"∞ 乘 0"的样子,可结果完全不同:n·(1/n) 稳在 1,n·(1/n²) 掉向 0,n/√n 冲向 ∞。谁的增长更主导,乘积就往谁那边去。拖动 n,看三条赛道分道扬镳。

乘积随 n 变化 n/√n → ∞ n·(1/n) → 1 n·(1/n²) → 0