数学分析求极限及方法

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1、1求极限的方法具体方法利用函数极限的四则运算法则来求极限定理 1 ：若极限 和 都存在，则函数 ， )(lim0xfx)(lixg)(xfg)(xgf当 时也存在且 0x )()()(lilili 0.00 xxfgfxx 000 gx又若 ，则 在 时也存在，且有)(li0xgx )(gf )()(limli000 xgfxfx利用极限的四则运算法则求极限，条件是每项或每个因子极限存在，一般所给的变量都不满足这个条件，如 、 等情况，都不能直接用四则运算法则，必须要对变量进行变形，设法消去分子、分0母中的零因子，在变形时，要熟练掌握饮因式分解、有理化运算等恒等变形。例 1：求 24limx解

2、：原式= 02li2 xx用两个重要的极限来求函数的极限利用 来求极限1sinl0x的扩展形为：silm0x令 ，当 或 时，则有g0x或1sinl0x 1sinlgx例 2： xi解：令 t= .则 sinx=sin( t)=sint, 且当时 x0t2故 1sinsilml0txtx例 3：求 i21x解：原式= 21sin1sin2121lili xxxx利用 来求极限ex)(的另一种形式为 .事实上，令 所以x)1(lime10)(lim.1x.0xxe)(e10)(li例 4: 求 的极限xx10)2(解：原式= 21210)()(liexxx 利用这两个重要极限来求函数的极限时要仔

3、细观察所给的函数形式只有形式符合或经过变化符合这两个重要极限的形式时才能够运用此方法来求极限。一般常用的方法是换元法和配指数法。利用等价无穷小量代换来求极限所谓等价无穷小量即 称 与 是 时的等价无穷小量，记作.1)(lim0xgfx )(xfg0x)(xfg.)(0x.定理 2 ：设函数 在 内有定义，)(,)(xhf )0u且有 )(xfg.0x 若 则,)(li0AfxAxgx)(li0 若 则,)(m0Bfhx Bhx)(0证明： Axffggxxx 1)()(lilili000可类似证明，在此就不在详细证明了！由该定理就可利用等价无穷小量代换来求某 些函数的极限3例 5：求 的极限3

4、0sintalmxx解：由 而 ；).cos1(t x)0(,inx（ ） ； （ ）,2cos1x03i,.故有 = 30sintalxxli0x21cos13x注：由上例可以看出，欲利用此方法求函数的极限必须熟练掌握一些常用的等价无穷小量，如：由于 ，故有 又由于 故有 arctanx1sinlm0xxsin).0(,1arctnlim0xx，(x ).x0另注：在利用等价无穷小代换求极限时，应该注意：只有对所求极限中相乘或相除的因式才能用等价无穷小量来代换，而对极限式中的相加或相减的部分则不能随意代换。如上式中，若因有 tanx， 而推出 = 则得到的结果是x);0(xsin).0(,

5、30sintalxx0sin30lxx错误的。 利迫敛性来求极限定理 3 ：设 f(x)= g(x)=A,且在某 内有 f(x) h(x) g(x),lim0xli0x ),(0xuo则 h(x)=A0例 6：求 x 的极限li01解： 1 x 1-x. 且 由迫敛性知 1)(li0xxx =1lim0做此类型题目的关键在于找出大于已知函数的函数和小于已知函数的函数，并且所找出的两个函数必须要收敛于同一个极限。利用函数的连续性求极限 利用函数的连续性求极限包括：如函数 在 点连续，则 及若)(xf0 )(0lim0xffxaxx)(li0且 f(u)在点 a 连续，则4)()(limli00

6、xfxfxx例 7：求 的极限2arcsino10xxe解：由于 及函数 在 处连续，故 = = 。li0x4arcsi2x4euf1lim0x2arcsino1xe20arcsino1lxx41e利用洛比达法则求函数的极限在前面的叙述中，我们已经提到了利用等价无穷小量来求函数的极限，在此笔者叙述一种牵涉到无穷小（大）量的比较的求极限的方法。我们把两个无穷小量或两个无穷大量的比的极限统称为不定式极限，分别记作 型或 型的不定式极限。现在我们将以导数为工具研究不定式极限，这个方法通0常称为洛比达法则。下面就给出不定式极限的求法。(1)对于 型不定式极限，可根据以下定理来求出函数的极限0定理 4

7、：若函数 f(x)和函数 g(x)满足： = =0。lim0x)(fli0x)(g在点 的某空心邻域 内两者都可导，且0u0)(xg =A。 （A 可为实数，也可为 或 ）li0x)(gf 则 = =A。0x)(f0x)(f注：此定理的证明可利用柯西中值定理，在此，笔者就不一一赘述了。例 8：求 limx2tancos1解：容易检验f(x)=1+ 与 g(x)= 在 的邻域里满足定理的条件和，又因 =xcosx2ta0 limx)(gflix= -x2sectanilix1cos3故由洛比达法则求得，= =lim0x)(gfli0x)(f215在此类题目中，如果 仍是 型的不定式极限，只要有可

8、能，我们可再次利用洛比达法lim0x)(gf0则，即考察极限 是否存在。当然，这是 和 在 的某邻域内必须满足上述定理的0x)(f )(xfg0x条件。例 9：求 )1ln(210ixex解：利用 （ ） ，则得l20原式= = =im0x21)(xeli0xe2)1(1lim0x 12)1(3xe在利用洛比达法则求极限时，为使计算更加快捷减少运算中的诸多不便，可用适当的代换，如下例，例 10：求 li0xxe1解：这是 型不定式极限，可直接运用洛比达法则求解，但是比较麻烦。如作适当的变换，计算上就会更方便些，故令 当 时有 ，于是有,xt0t=lim0xxe111lili00tttt ee(

9、2) 型不定式极限若满足如下定理的条件，即可由如下定理计算出其极限。定理 5 ：若函数 f(x)和函数 g(x)满足： = =li0x)(fli0x)(g在点 的某空心邻域 内两者都可导，且0xu 0)(xg =A， （A 可为实数，也可为 或 ） 。lim0x)(gf 则 = =A。0x)(fli0x)(f此定理可用柯西中值定理来证明，在此，笔者就不一一赘述了。6例 11：求 xlnim解：由定理 4 得， ln(l)l0iiixxx注 1：若 不存在，并不能说明 不存在。l0x)(gf lm0x)(gf注 2：不能对任何比式极限都按洛比达法则来求解。首先必须注意它是不是不定式极限；其次是观

10、察它是否满足洛比达法则的其它条件。下面这个简单的极限=1 limxxsin虽然是 型的，但若不顾条件随便使用洛比达法则：= 就会因右式的极限不存在而推出原式的极限不存在这个错误的结论。lixxsinl1cosx(3)其它类型不定式极限不定式极限还有 ， ， ， ， 等类型。这些类型经过简单的变换，都可以化为 型010 0和 型的不定式极限。例 12：求 lim0xn解：这是一个 型的不定式极限，作恒等变形 = ，将它转化为 型的不定式极限，并用洛比1xln1达法则得到= = =lim0xnli0x1li0x20)(m0xx例 13：求 li0x21)(cosx解：这是一个 型的不定式极限，作恒

11、等变形7=21)(cosxxecosln其指数部分的极限 是 型的不定式极限，可先求得 = =lim0xl20lim0xxcosln12i0x2tan1从而得 =i0x21)(cosxe例 14: 求 （k 为常数）li0xxln1)(s解：这是一个 型的不定式极限，按上例变形的方法，先求 型的极限，= =lim0xxkln1si0xk1sincolm0xksincok然后得到 = （ ）i0xkln1)(se当 =0 时上面的结果仍成立。k例 15: 求 xxln12)(li解：这是一个 型的不定式极限，类似地，先求其对数的极限（ 型）0 = =1limxxln)1(2lix1于是有 =xx

12、ln12)(lie利用泰勒公式求极限由于泰勒公式的特殊形式，对于求解某些函数的极限有简化求解过程的作用。 例 16：求 lim0x42cosex解：本题可用洛比达法则来求解，但是运算过程比较繁琐，在这里可用泰勒公式求解，考虑到极限式的分母为 ，我们用麦克劳林公式表示极限的分子， 4（取 n=4）cosx=1- + + ( )2x4o5x8=1- +2xe)(854xocosx- =- ( )2x145因而求得 =lim0x42cosexli012)(145xo利用微分中值定理和积分中值定理求极限例 17：求 的极限 3sin02lixx解： 3sin3sini2x由微分中值定理得，（ 介于 与

13、 之间）2lnsi2inxxsin原式= 62ln3cos12liin 20030i0 mlm xx xx 例 18：求 的极限3si02x解： 3sin3sini2xx由微分中值定理得，（ 介于 与 之间）2lnsi2inxxsin原式= 62ln3cos12lsi 20030i0 imm xxxx 利用定积分求极限例 19：求)211(linn解：把此极限式化为某个积分和的极限式，并转化为计算计算定积分，为此作如下变形： niJni1l9不难看出，其中的和式是函数发 在区间 上的一个积分和。 （这里所取的是等分分割，xf1)(1,0（ ） ， 所以,1nxinii,1.2nl)l(1010xdJ当然，也可把 J 看作 在 上的定积分，同样有f2,ln1321xJ总结以上方法是在高等数学里求解极限的重要方法。在做求解极限的题目时，仅仅掌握以上方法的而不能够透彻清晰地明白以上各方法所需的条件也是不够的，必须要细心分析仔细甄选，选择出适当的方法。这样不仅准确率更高，而且会省去许多不必要的麻烦，起到事半功倍的效果。这就要求学习者要吃透其精髓，明了其道理，体会出做题的窍门。达到这样的境界非一日之功，必须要多做题善于总结，日积月累，定会熟能生巧，在做题时得心应手。