函数极限的求法
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序言
极限研究的是变量在变化过程中的趋势问题。数学分析中所讨论的极限大体上分为两类:一类是数列的极限,一类是函数的极限。两类极限的本质上是相同的,在形式上数列界限是函数极限的特例。因此,本文只就函数极限进行讨论。函数极限运算是高等数学的一个重要的基本运算,一部分函数的极限可以通过直接或间接的运用“极限四则运算法则”来求解,而另一部分函数极限需要通过特殊方法解决。求函数极限的方法较多,但是每种方法都有其局限性,都不是万能的。对某个具体的求极限的问题,我们应该追求最简便的方法。在求极限的过程中,必然以相关的概念、定理以及公式为依据,并借助一些重要的方法和技巧。本文给出了十二种求极限的方法,每种方法都是以定理或简述开头,然后以例题来全面展示具体的求法。下面我们就根据函数的特点分类进行讨论。
一、函数极限的定义
定义一:若当x 无限变大时,恒有|f(x)-a|<ε,其中ε是可以任意小的正数,则称当x 趋向无穷大时,函数f (x )趋向于a ,记作
+∞
→x lim
f(x)=a 或f(x )→a(x →+∞)。
定义二:若当x 无限接近0x 时,恒有|f(x)-a|<ε,其中ε是可以任意小的正数,则称当x 趋向0x 时,函数f (x )趋向于a ,记作0
x lim →x f(x)=a 或f(x) →a(x-0x )。
二、函数极限的求法
下面我们以相关的概念、定理及公式为依据,解决常见函数极限的求解方法:
1、直接代入法
适用于分子、分母的极限不同时为零或不同时为∞。
例1:求1
35
2lim 22+-+→x x x x
分析:由于
2lim →x (22x +x-5)=22lim →x 2x +2lim →x x-2
lim →x 5=2·22+2-5=5,
2
lim →x (3x+1)=32
lim →x x+2
lim →x 1=3·2+1=7
所以采用直接代入法。
解:原式=
)
13(lim 5x x 2lim 2
22
x +-+→→x x )
(=1
2352222+⋅-+⋅=75
2、利用极限的四则运算法则求极限
这是求极限的基本方法,主要应用函数的和、差、积、商的极限法则及若干基本函数的
极限结果进行极限的计算,为此有事往往要对函数作一些变形。 定理 若0
x lim →x f(x)=A
x lim →x g (x )=B
(1)0
x lim →x [f(x )±g(x)]=
x lim →x f(x) ±0
x lim →x g(x)=A+B
(2)
x lim →x [ f(x )·g(x)]= 0
x lim →x f(x) ·0
x lim →x g(x)=A ·B
(3)若B ≠0 则:
0x lim →x )()(x g x f =)(lim )(lim 0
x g x f x x x x →→=B
A
(4)
x lim →x C ·f(x )=C ·0
x lim →x f(x)=CA (C 为常数)
上述性质对于x →∞,x →+∞,x →-∞时也同样成立
例2:求4
53lim 22+++→x x x x
解:
453lim 22+++→x x x x =4
252322++⋅+=25 3、利用极限定义求解
函数极限ε
-δ定义:
)(lim 0
x x f x →=A: ,0,0>∃>∀δε当0<|x-0x |<δ
时,|f (x )- A |<ε
)(lim -0
x f x x →=A: ,0,0>∃>∀δε当-δ
)(lim 0 x f x x + →=A: ,0,0>∃>∀δε当0< x-0x <δ 时,|f (x )- A |<ε :)(lim A x f x =∞ →,0,0>∃>∀M ε当|x|>M 时,|f (x )- A |<ε :)(lim A x f x =+∞ →,0,0>∃>∀M ε当x>M 时,|f (x )- A |<ε :)(lim ∞=-∞ →x f x ,0,0>∃>∀X G 当x<-X 时,|f (x )|>G 例1:用极限定义证明:2lim →x 2 -x 2 3x -2+x =1 证:由12232--+-x x x = 24 42-+-x x x =2 )2(2 --x x =2-x 0>∀ε 取δ=ε 则当0<|x-2|<δ时,就有 12 2 32--+-x x x <ε 由函数极限ε-δ定义有:2lim →x 2 -x 2 3x -2+x =1 4、利用无穷小量的性质求解 性质1、无穷小量与有界量的乘积仍为无穷小量 性质2、无穷小量与无穷大量的关系:若在自变量的同一变化过程中f(x)为无穷小量,且 f(x )≠0,则 ) (x f 1 为无穷大量,反之亦然。 性质3、乘积因子的等价无穷小量代换: 这函数f 、g 、h 在)(x U 00内有定义,且有f(x)~g(x) (x →0x ) (1) 若0 x lim →x f(x)h(x)=A ,则0 x lim →x g(x)h(x)=A; (2) 若0 x lim →x ) () (x g x h =B ; (3) 当x →0时,x ~sinx~tanx~arcsinx~arctanx~1e x -~ln(x+1)并且1-cosx~ 2 x 2 1。 例4:求0 lim →x xsin x 1