求极限的几种方法及其例题PPT
求极限是数学分析中的重要内容之一,它涉及到函数在特定点或无穷远处的行为。以下是一些求极限的常见方法及其例题,这些例题旨在帮助理解并掌握这些技巧。 直接代入...
求极限是数学分析中的重要内容之一,它涉及到函数在特定点或无穷远处的行为。以下是一些求极限的常见方法及其例题,这些例题旨在帮助理解并掌握这些技巧。 直接代入法如果极限表达式中的函数在给定点的值存在,那么可以直接代入该点求值。例题1求 $\lim_{x \to 2} (x^2 - 4) / (x - 2)$。解直接代入 $x = 2$:$$\lim_{x \to 2} \frac{x^2 - 4}{x - 2} = \frac{2^2 - 4}{2 - 2} = \frac{0}{0}$$这里出现了0/0型不定式,不能直接得出结果,需要采用其他方法。 因式分解法通过因式分解简化表达式,再求极限。例题2求 $\lim_{x \to 2} (x^2 - 4) / (x - 2)$。解对分子进行因式分解:$$\lim_{x \to 2} \frac{x^2 - 4}{x - 2} = \lim_{x \to 2} \frac{(x + 2)(x - 2)}{x - 2}$$由于 $x \neq 2$,可以约去 $x - 2$:$$\lim_{x \to 2} (x + 2) = 2 + 2 = 4$$## 3. 洛必达法则当极限表达式为0/0型或∞/∞型时,可以使用洛必达法则。例题3求 $\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x}$。解应用洛必达法则:$$\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{\cos x}{1} = \cos(0) = 1$$## 4. 夹逼定理(夹逼准则)如果一个函数在给定点的值被两个在相同点极限存在的函数所夹逼,那么该函数在该点的极限存在,且等于这两个极限值。例题4求 $\lim_{x \to 0} x\sin(1/x)$。解由于 $-1 \leq \sin(1/x) \leq 1$,有$$-x \leq x\sin\frac{1}{x} \leq x$$当 $x \to 0$ 时,由夹逼定理得$$\lim_{x \to 0} x\sin\frac{1}{x} = 0$$## 5. 无穷小比较法通过比较函数与某些已知极限的无穷小量来求极限。例题5求 $\lim_{x \to 0} \frac{x - \sin x}{x^3}$。解利用泰勒展开,有$$\sin x = x - \frac{x^3}{3!} + o(x^3)$$因此$$\frac{x - \sin x}{x^3} = \frac{x - (x - \frac{x^3}{6} + o(x^3))}{x^3} = \frac{\frac{x^3}{6} + o(x^3)}{x^3} = \frac{1}{6} + o(1)$$当 $x \to 0$ 时,由无穷小比较法得$$\lim_{x \to 0} \frac{x - \sin x}{x^3} = \frac{1}{6}$$## 6. 指数函数和对数函数的极限利用指数函数和对数函数的性质求极限。例题6求 $\lim_{x \to 0} (1 + x)^{1/x}$。解利用 $e^x$ 的定义:$$\lim_{x \to 0} (1 + x)^{\frac{1}{x}} = \lim_{x \to 0} e^{\ln(1 + x)^{\frac{1}{x}}} = e^{\lim_{x \to 0} \frac{\ln(1 + x)}{x}}$$应用洛必达法则:$$e^{\lim_{x \to 0} \frac{1}{1 + x}} = e^1$$ 泰勒公式(泰勒展开)当函数在给定点的值难以直接计算时,可以使用泰勒公式将函数展开为多项式,然后求极限。例题7求 $\lim_{x \to 0} \frac{\ln(1 + x)}{x}$。解利用 $\ln(1 + x)$ 的泰勒展开:$$\ln(1 + x) = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \cdots$$因此$$\frac{\ln(1 + x)}{x} = 1 - \frac{x}{2} + \frac{x^2}{3} - \cdots$$当 $x \to 0$ 时,只有第一项的极限存在,其他项均为0,所以$$\lim_{x \to 0} \frac{\ln(1 + x)}{x} = 1$$## 8. 极限的运算法则极限的运算法则包括极限的四则运算法则、复合函数的极限法则等。例题8求 $\lim_{x \to 1} (2x + 1)(x - 1)$。解根据极限的四则运算法则:$$\lim_{x \to 1} (2x + 1)(x - 1) = \lim_{x \to 1} (2x^2 - x + x - 1) = \lim_{x \to 1} (2x^2 - 1) = 2 \cdot 1^2 - 1 = 1$$## 9. 数列极限数列极限可以通过定义或者转化为函数极限来求解。例题9求数列极限 $\lim_{n \to \infty} \frac{n^2 + 1}{2n^2 - 1}$。解将数列极限转化为函数极限:$$\lim_{n \to \infty} \frac{n^2 + 1}{2n^2 - 1} = \lim_{x \to \infty} \frac{x^2 + 1}{2x^2 - 1}$$对分子分母同时除以 $x^2$:$$\lim_{x \to \infty} \frac{1 + \frac{1}{x^2}}{2 - \frac{1}{x^2}} = \frac{1 + 0}{2 - 0} = \frac{1}{2}$$## 10. 斯托尔兹定理(Stolz定理)当数列极限难以直接求解时,可以使用斯托尔兹定理。例题10求 $\lim_{n \to \infty} \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n} \frac{1}{i}$。解应用斯托尔兹定理:$$\lim_{n \to \infty} \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n} \frac{1}{i} = \lim_{n \to \infty} \frac{\sum_{i=1}^{n+1} \frac{1}{i} - \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{i}}{(n+1) - n} = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{n+1} = 0$$以上只是求极限的一些常见方法和例题,实际上求极限的技巧还有很多,需要根据具体问题选择合适的方法。在求极限的过程中,往往需要综合运用这些方法,通过化简、变形、代换等手段来求解。