漸近分析與攝動方法

小o記號(little-o notation)

/ little oh /

如果說大O的意思是「至多差一個常數倍那麼大」,那麼小o說的是更強的話:「相比之下完全可以忽略」。它是用來描述這樣一種量的語言:它不只是相對於 g 保持有界,而是相對於 g 縮小到趨於零。想像一輛行駛卡車上的灰塵:卡車越開越快時,灰塵在總質量中所佔的比例越來越小。那個趨於消失的比例,正是小o的精神。

精確的含義是:當 x 趨於某極限時 f(x) = o(g(x)),意思是比值 f(x)/g(x) 在該極限下趨於 0。等價地說,對任意常數 epsilon(無論多麼小),f(x) 最終都小於 epsilon 乘以 g(x)。這與大O形成對照——大O只需要一個固定常數就夠了。於是當 x 趨於無窮時 x = o(x^2)(x 在增長,但 x^2 增長得快太多,使得 x/x^2 = 1/x 趨於 0),而在零附近 x^2 = o(x)(比值 x^2/x = x 趨於 0)。注意 o(g) 自動也是 O(g),但反過來不成立。

小o正是我們用來說明泰勒展開確實是個近似的方式:在 0 附近 sin x = x + o(x) 表示誤差按比例比 x 本身還小,而這恰好是導數作為「最佳線性擬合」的定義性質。它也精確刻畫了漸近等價:f 與 g 漸近相等,當且僅當它們之差是 o(g)。它的提醒與大O如出一轍:小o同樣隱藏了一切定量資訊——它告訴你某項在極限下可忽略,卻不告訴你在 x 取到什麼值時這種「可忽略」才真正生效。

當 x 趨於 0 時 cos x = 1 - x^2/2 + o(x^2),因為下一真實項 x^4/24 除以 x^2 趨於 0。

o(x^2) 意思是「比 x^2 縮小得更快」——這比 O(x^2) 更強,後者只意味著「不快於 x^2」。

每個小o也是大O,但反之不然:x = O(x),但 x 不是 o(x)。小o不允許比值停留在任何非零常數上;大O則允許。

又稱
Landau little-o朗道小o记号高阶无穷小记号