多变量极限与连续

极坐标夹逼演示器

拖动半径 \(r\) 和角度 \(\theta\),观察函数值如何被只依赖 \(r\) 的量统一压住。真正的证明不是检查几条射线,而是让所有方向同时落进同一个趋零夹逼带。

平面中的极坐标点

上界 g(r)=r
极坐标点位置图 显示半径、角度、当前点和半径圆,随滑块改变。 x y θ r
半径 r1.15
角度 θ35°
x=r cosθ0.942
y=r sinθ0.660

当前点的夹逼

\(|r\sin(2\theta)|\le r\)
函数值 f0.000
绝对值 |f|0.000
上界 g(r)0.000
占上界比例0%
|f|
0%
g(r)
100%

无论当前 θ 怎样变化,红色条都不会超过绿色上界条。

所有方向同时检查

扫过 0 到 2π
方向扫描图 横轴是角度 θ,纵轴是函数值,绿色区域是正负上界夹逼带。 0 π g -g 统一夹逼带 f(r,θ)

横轴扫过所有 θ,红线始终留在绿色夹逼带中;当 r 变小,整个夹逼带一起收缩到 0。

证明读法

1. 换成极坐标

把靠近原点写成 \(x=r\cos\theta,\ y=r\sin\theta\),其中 \(r\to0^+\),方向 \(\theta\) 可以任意变。

2. 找到统一上界

因为 \(|\sin(2\theta)|\le1\),所以 \(|r\sin(2\theta)|\le r\)。这里的右端不含 \(\theta\)。

3. 让上界趋零

当 \(r\to0\) 时,\(r\to0\)。于是由夹逼定理,原函数极限为 0。

只看固定方向不够:某些方向上函数可能恒为 0,但换一条方向会变大。可靠证据是同一个 \(g(r)\) 管住所有 \(\theta\)。