0/0型极限等于多少

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0/0型极限等于多少

2024-06-26 23:49| 来源: 网络整理| 查看: 265

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学习阶段:大学数学。

前置知识:极限的运算。

求极限时,代入有时会得到正确的结果,有时却会出错,为什么呢?而且,有的解题过程中只选择性地代入其中的一部分,这究竟是怎么回事呢?

我们首先要了解未定式这个概念。我的这篇回答里面大致讲解了一下未定式:

tetradecane:0/∞、∞/0 型的极限一定不存在吗?​www.zhihu.com

未定式有多重要?那些不容易做的、容易做错的极限,全都是未定式!你可以自己验证看看。

未定式核心的难点就在于:无穷小(无穷大)是不一样的,有的快有的慢,它们的快慢会决定最终极限的值。

1. 整体代入

什么叫整体代入?把极限算式

中的变量x直接全部写为 ,得到的值 叫整体代入。

对于无穷极限

,做倒代换 即有 ,可以简单地化归为一点极限的形式,故不再详述。 1.1 连续点必可整体代入

我们知道,极限

的情况与 的值原则上没有任何关系,只由 的去心邻域的情况决定。对于一个确定的函数 ,我只改变 的值,丝毫不会影响 的情况。那么为什么我们经常做代入也能得到正确的结果呢?

函数连续的定义:

点处连续,当且仅当 .

也就是说,函数若在某点连续,则求该点的极限时可以整体代入。

定理:初等函数在其定义区间内连续

上述定理就是很多极限式可以整体代入的原理。例如

是正确的。虽然式子看上去很复杂,但是

恰好在初等函数 的定义区间内,故连续,故整体代入得 ,这就很容易计算了。

易知,如果函数在该点左连续/右连续,求该点的左极限/右极限时可以整体代入。

1.2 不连续点与整体代入

对于初等函数,不连续点要么是孤立点(有的地方认为孤立点是特殊的连续点),要么没有定义。孤立点无法讨论在这点的极限,无定义点有以下两种情况:

①函数在这一点是个未定式,不能整体代入。但是函数在这一点的极限可能是存在的,求这个极限的值就是很多极限题的形式。例如重要极限

在x=0处无定义,用整体代入得到的是未定式

,无法得到它的值为1.

②函数在这一点不是未定式,可以形式上进行整体代入,例如

显然,上式的分子趋向于2,分母趋向于0,形式上写出

,整体必然趋向 .

对于非初等函数,不连续点的情况比较复杂,一般不进行代入。求该点的极限时,可以从极限的定义出发,研究左极限和右极限是否存在、是否相等、值为多少。

2. 部分代入

求函数的极限时,如果不能整体代入,我们有机会部分代入。部分代入的含义是:函数中的某一部分存在极限,将这一部分的极限值替代这一部分。

对于极限式

(这里?表示加减乘除任一种运算),其中A有可能是未定式,B也有可能是未定式,但只需要保证 A和B之间不构成未定式,就可以把极限拆开计算,即先算 的值,再算 的值,最后计算 的值。

以下2.1和2.2是两种具体情况:

2.1 纯加减形式

对于纯加减形式

,如果 是常数,可以为0),则 . 2.2 纯乘除形式

对于纯乘积形式

,如果 是非零常数),则 .

例如

中,因式 可代入,得到 ,这是一个 的未定式,不可部分代入。如果强行部分代入,会出现 的荒谬结果。 2.3 小心其他形式

要进行部分代入,一定要找到这步代入的依据,保证这步部分代入不会对未定式造成干扰,不会影响最终极限的值。最忌讳的就是盲目、随意地进行部分代入,否则很容易求错极限。

以下举几种常见例子:(并不是说只有这几种形式不能部分代入)

小心加减后再乘除的形式

对于加减后再乘除的形式如

,如果它构成未定式 ,不能直接部分代入,要使用其他方法(变形、等价无穷小、洛必达、泰勒等)。例如

这是个

未定式。这里的分子 不可部分代入。

错误做法(以下所有的红色等于号是错的):

正确做法:

法二:

注意泰勒展开

这一项的重要性。它和分母是同阶的,会影响极限的值。忽视掉它,自然会犯错。 小心乘除后再加减的形式

对于乘除后再加减的形式如

,如果它构成未定式 ,不能直接部分代入,要进行变形或泰勒展开等。例如

这是个

未定式。这里的 并不是整体的因式,不可部分代入。

错误做法:

正确做法:

法二:

注意泰勒展开

中x这一项会影响极限的值。 小心复合函数内部的加减乘除

复合函数内部的加减乘除形式,不是整体的加减乘除形式,不能直接部分代入。例如

这是个

未定式。这里的 虽然都是趋向于非零常数1的因式,但是它们在 函数的内部。

错误做法:

正确做法:

法二:

注意泰勒展开

这一项会影响极限的值。 2.4 一些可能有用的思想

乘除未定式

中,无穷小只需要保留最低阶的无穷小(它最慢,更快趋于0的那些不会影响极限值),无穷大只需要保留最高阶的无穷大(它最快,更慢趋于无穷大的那些不会影响极限值)。

但是在加减式中,不可以这样操作,因为最高阶/最低阶可能抵消,然后起作用的是剩下的那些项。甚至如

这种形式,红色的部分也不能轻举妄动,因为它不是单独的未定式,和外面的加减是一个整体,泰勒展开后同样可能出现一些隐蔽的起作用的项。

由以上讨论知,乘积形式有比较好的性质,那么如何化为乘积形式?

未定式

自然就是乘积形式。

未定式

可提出左右两项中的最高阶项,可能转化为 的未定式,也可能转化为确定式。

指数型未定式

均可取对数 (取对数是一种非常好用的技巧),指数上有

化为乘积形式对于运用等价无穷小也有很大的帮助。



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