定积分在求极限中的应用
1、知识准备
1.1绪论
微积分学在大学的数学学习中占有相当重要的地位.然而,求极限又是微积分学中常常要面临的问题.因此,积累更多求极限的方法应是每位大学生必备的素养.
求极限的方法层出不穷,最常用的方法有极限的定义和性质,重要极限的结论,洛必达法则以及泰勒公式等.应用极限的定义时,往往是在极限的结果已经比较明显,只需要根据极限的定义把相关式子进行放缩便可得到相应的结果.但是,这种方法一方面叙述上比较麻烦,另一方面也只适用于看上去容易放缩的式子.重要极限的结论形式上要求非常严格,
也只能解决两种形式的极限问题.洛必达法则是用于解决“00”型的极限和“∞
∞
”型极限的.
泰勒公式适宜于解决求分式极限中分子或分母有加减运算的问题,通过泰勒展式后可以达到某些项抵消效果.但若仔细观察这些方法,其特点不是表达较繁琐就是仅仅应用到微分学知识.事实上,微分学和积分学的关系正如中小学时代学习过的加法与减法,乘法与除法,乘方与开方以及幂运算与取对数运算的关系一样,他们互为逆运算.倘若也能用到积分学知识来解决求极限的问题,那么求极限的方法才算完美.而利用定积分求极限正体现了这一理念.
1.2定积分的概念
下面首先让我们回顾一下定积分以及极限的定义:
定积分:设函数()f x 在闭区间[],a b 上有定义,在闭区间[],a b 内任意插入
n-1个分点将
[],a b 分成
n 个区间[,]x i i x x -,记(1,2,,i i i x x x i n ?=-=）,1[,]i i x x ξ-?∈,作乘积()i i f x ξ?(称
为积分元),把这些乘积相加得到和式
1
()n
i
i
i f x
ξ=?∑(称为积分形式)设
{}max :1i x i n λ=?≤≤,若0
1
lim ()n
i i i f x λξ→=?∑极限存在唯一且该极限值与区是[],a b 的分法
及分点i ξ的取法无关,则称这个唯一的极限值为函数()f x 在[],a b 上的定积分,记作
b
a
()f x dx ?,即0
1
()lim ()n
b a
i i i f x dx f x λξ→=?=?∑.否则称()f x 在[],a b 上不可积.
注1:由牛顿莱布尼兹公式知,计算定积分与原函数有关,故这里借助了不定积分的符号.
注2:若()b a f x dx ?存在,区间[],a b 进行特殊分割,分点i ξ进行特殊的取法得到的和式极限存在且与定积分的值相等,但反之不成立,这种思想在考题中经常出现,请读者要真正理
解.
注3:定积分是否存在或者值是多少只与被积函数式和积分区间有关与积分变量用
什么字母表示无关,即()()().b b b
a a a f x dx f t dt f u du ?=?=?
仔细观察定积分的定义,我们一定会发现定积分的极限有以下两个特征.第一,定积分是无穷项和式的极限,容易知道一般项在项数趋近于无穷大时极限值必然趋近于零,否则和式极限不存在.第二,定积分与某一连续函数有紧密的关系,它的一般项受到这一连续函数的约束,它是连续函数在某个区间上进行了无穷的分割,各小区间上任意的函数值与区间长度的乘积的累加.
对于极限,大学主要学习了数列的极限和函数的极限.数列的极限是用于解决离散的自然数的相关极限,而函数的极限则主要用于解决连续函数的相关极限.那么就让我们先一一来回忆它们吧！ 1.3极限的概念
数列的极限
设{}n a 为数列, a 为实数,若对任给的正数ε,总存在正整数N ,使得当n N >时有
||n a a ε-<, 则称数列{}n a 收敛于a ,实数a 称为数列{}n a 的极限,并记作lim n n a a →∞
=或
()n a a n →→∞.
(读作:当n 趋于无穷大时,
n a 的极限等于a 或n a 趋于a ).由于n 限于取正整数,所以
在数列极限的记号中把n →+∞写成n →∞,即lim n n a a →∞
=或()n a a n →→∞.
若数列{}n a 没有极限,则称{}n a 不收敛,或称{}n a 为发散数列.
注1:关于ε:①ε的任意性.定义１中的正数ε的作用在于衡量数列通项n a 与常数a 的接近程度,ε越小,表示接近得越好;而正数ε可以任意小,说明n a 与常数a 可以接近到任何程度;②ε的暂时固定性.尽管ε有其任意性,但一经给出,就暂时地被确定下来,以便依靠它来求出Ｎ;③ε的多值性.ε既是任意小的正数,那么2,3,2ε
εε等等,同样也是任意小的
正数,因此定义１中的不等式||n a a ε-<中的ε可用2,3,2ε
εε等来代替.从而“||n a a ε-<”
可用“||n a a ε-≤”代替;④正由于ε是任意小的正数,我们可以限定ε小于一个确定的正数.
注2:关于N :①相应性,一般地, N 随ε的变小而变大,因此常把N 定义作()N ε来强调, N 是依赖于ε的;ε一经给定,就可以找到一个N ;②N 多值性N 的相应性并不意味
着N 是由ε唯一确定的,因为对给定的ε,若100N =时能使得当n N >时,有||n a a ε-<,则
101N =或更大的数时此不等式自然成立.所以N 不是唯一的.事实上,在许多场合下,最重要的是N 的存在性,而不是它的值有多大.基于此,在实际使用中的N 也不必限于自然数,只要N 是正数即可;而且把“n N >”改为“n N >”也无妨.
函数的极限
设函数()f x 在点0x 的某一去心邻域内有定义.如果存在常数A ,对于任意给定的正数ε(不论它有多么小),总存在某正数δ,使得当x 满足不等式00x x δ<-<时,对应的函数值()f x 都满足不等式()f x A ε-<,那么常数A 就叫做函数()f x 当0x x →时的极限,记为0
0lim ()()()x x f x A f x A x x →=→→或当.
可以看出，数列极限与函数极限定义的思想是一致的,都是相应的某个表达上的值无限地接近某个常数值.不同的是数列是离散的,数列中的项在跳跃式地接近,而函数是连续的,函数值在逐渐地接近,但二者都能与相应的常数值以任意程度地接近.
2、定积分与极限
2.1定积分在求极限中应用概述
不难看出,无论是数列的极限还是函数的极限,它们都与定积分的定义存在着千丝万缕的关系,那么就让我们来揭晓它们之间玄机与奥秘吧.
事实上,定积分的定义中蕴含着一列数｛()i i f x ξ?｝的和,并且只要i x ?充分地小,和式
1
()n
i
i
i f x
ξ=?∑就可以任意地接近确定的实数J=()b a f x dx ?,这正是极限思想的存在,即
1
lim ()J ()n
b i i a n i f x f x dx ξ→∞
=?==?∑.这就为我们求极限提供了一种独特而有力的方法——利
用定积分求极限.因为在积分学中有大量的积分公式,所以我们运用之解决众多类型的和式极限.
2.2定积分求极限中应用思想的形成
先让我们看一个简单的例子:
例1.求极限111lim(
)122n J n n n
→∞++=++…. 分析:此极限式的求解,不容易直接用极限的定义解决,因为该法往往是用来一边计算一边证明某个极限结果已经比较明显的问题,因此这里不适合;重要极限的结论显然也在这里没有用武之地,因为形式上根本不同;再考虑洛必达法则,它不是无穷比无穷型的极限也非零比零型的极限,也不可能用到此法;那么泰勒公式呢？泰勒公式往往是用来解决连
续函数的极限问题,通过泰勒展式往往能把非多项式形式的表达式转化成多项式形式,以简化形式从而求解,看来这里也不适用.那是不是就没有什么合适的办法了呢？答案当然是否定的,事实上,它从形式上与定积分的定义还是有一些相像的,那么就让我们尝试用定积分的办法来解决这个问题吧！
解:把此极限式转化为某个积分形式,从而计算定积分.为此做如下变形:
1
11
lim 1n
n i J i n n
→∞==+∑
.
不难看出,其中的和式是函数1
()1f x x
=
+在区间[]0,1上的一个积分和(这里取得是等量分割,11,[,],1,2,i i i i i
x i n n n n n ξ-?==∈=…).所以,
J=11001ln(1=ln21dx x x
=++?）. 从该例题的解法中可以看出,本题的关键是将极限和转化为积分和,从而利用了定积
分将所求极限迎刃而解.于是,我们可以总结出定积分在求极限中应用的一般方法步骤:
Sept1
将和式极限1
lim ()n n i g i →∞
=∑经过变形,使其成为积分形式1
lim ()n
i i n i f x ξ→∞
=?∑.这里常
取11,[,],1,2,i i i i i
x i n n n n n
ξ-?==∈=…;
Sept2确定积分函数的上下限.
a=lim (i n i ξ→∞
取第一个值）lim (i n b i ξ→∞
=取最后一个值）
; Sept3用x 代换i ξ,写出定积分表达式()b
a
f x dx ?,并求出原极限的值.
通过以上的一般方法步骤,我们在面对无穷项和式的极限问题时就有方可依,有法可循了.现在让我们再来看一个例子,并从中仔细体会以上方法步骤.
例2.求极限222222
111
lim (12n n n n n n →∞+++++…+）
. 解:Sept1 化和式极限为积分形式.
原极限=22211111
lim lim 1(n
n n n i i i n i
n n
→∞→∞===++∑∑）.
显然,这里1,(i i i x n n ξ=?=即是进行N 等分）,被积函数可看成()2
1
f x ,1,2,.1+i n x
==… Sept2 确定积分函数上下限.
1a lim 0(,1),lim 0(,).i i n n i n i
i b i n n n n
ξξ→∞→∞======取取n
Sept3 写出积分表达式并求出积分值.
原极限=11
0201arctan 14
dx x x π==+?. 对于本题,我们是紧紧按照刚刚总结出的方法步骤进行的,并顺利地求出了原题的极限值.这是一个具体的例子,那么我们是否可以总结出更为一般性结论呢？答案自然是肯定的.
3、应用定积分求极限
3.1一般性结论的综述及其应用
至此,我们可以得出如下结论:
结论1如果函数()f x 在区间[],a b 上连续,将区间[],a b 进行n 等分,
1[(()],i i i i b a
b a b a x n n n
ξ--∈--?=），,那么，1lim ()()n b i a n i b a f f x dx n ξ→∞=-=∑?. 事实上,连续函数一定可积,而将区间[],a b 进行n 等分也是分割T 的一种特殊情况.根据定积分的定义,上述结论成立.
当然,并不是所有的用到定积分求极限的问题中都要严格用到上面总结出的三个步骤,我们可视情况灵活处理,比如无需用到某一步骤或者还需用到其他求极限的思想等.下面我们再看一组求极限的习题,以充分感受结论1的用途.
习题组1
1) 1lim (sin +sin +sin );n n n n n
πππ→∞2n-1
…
2)
n →∞
3) sin
sin
sin
lim[
]11
12n n n n n n n n
π
ππ
→∞+++++2n …. 这组习题都是无穷项式子和的极限问题,都可以把定积分的思想应用到求极限中去.
现在就让我们用结论1来解决这些求极限的问题,并从不同习题中寻找出异同,以加深对结论1的掌握和认识.
解: (1) 分析 原极限显然可以看成()sin f x x π=在[]0,1上的定积分.故
1
110
11lim (sin +sin +sin )lim sin 12sin cos ;n n n i i n n n n n n xdx x ππππππππ
→∞→∞====-=∑?2n-1…
(2)分析 先通过恒等变形,原极限式
=1
1lim n
n i n →∞=,被积函数(
)f x =
,积分区间是[]0,1,于是原极限值
=1
10
22
(13)33x =+=?
; (3)分析 原和式极限的通项是
sin i
n i n n
π
+不可以看成是关于i n 的某一个函数,但是注意到: 2sin
sin
sin
1212(sin sin sin )(sin sin sin ).11112n n n n n n n n n n n n n n n n n n
π
ππ
ππππππ+++<
+++<+++++++
……… 应用结论1,上面不等式左端可以取极限,即
11
1211lim (sin sin sin )lim sin [lim sin ][lim ]1+1+1n
n n n n n i i n n i i n n n n n n n n n n n πππππ→∞→∞→∞→∞==+++=??=?+∑∑…=1
2
[sin ]1xdx ππ
?=
?,上面不等式右端可以取极限,即
1011212
lim (sin sin sin )lim sin sin n n n i n i xdx n n n n n
n ππππππ→∞→∞=+++=?==∑?….
于是,由极限的迫敛性可知原极限值=
2
π
. 这组题均典型地运用了定积分的计算,从而求出了各极限.我们发现,只要找到某个连
续函数()f x ,并能把这个和式极限1
lim ()n
n i g i →∞=∑转化成积分形式1
lim f ()n i n n →∞?,我们就只需计
算出f(x)在[0,1]上的积分值,从而确定出原极限值.这三个习题中,例题1的式子无需再进
行恒等变形,因为其形式上已经是lim n →∞f(i n )1
n
?了;习题2与习题3形式上直观上不是
lim n →∞
f(
i n )1
n ?的形式,因为式
子l i ])63)
n n →∞与式子
sin
sin
sin
lim[
]1112n n n n n n n n
π
ππ
→∞+++++
2n …都不含i n 的项.为此,我们需要对习题2以及习题3极限的式子进行恒等变形,通过提取公因式等手段使其出现i
n
的因子.当然有的题可能不容易找
到对应的连续函数()f x ,例如习题3,我们可以用极限的一些性质,如极限的迫敛性,从而间接地求出原和式极限的极限值. 3.2一般性结论的深化及推广
接下来,我们对结论1进行适当的推广,以得到更多形式的极限的求法.
推论1如果函数(),(),()()f x g x f x g x ?均在[],a b 上可积,
0111120
1
[,],[,]lim ,max{,,},lim ()()()().
n i i i i x n
b
i i i n i i i a
i a x x x b a b x x x x x x x f g x f x g x dx λξηλξη-→∞
-→==<<<=?=-=????=∑?…为区间的任意划分，小区间上任意两点，…则
证明:首先, (),(),()()f x g x f x g x ?均在[],a b 上可积.
又由于1,,i i i i n n ξη-??
∈????
,0(i x n ?→→∞当）,所以,lim lim .i i n n ξη→∞→∞=
于是,0
1
lim ()()n i i i i f g x λξη→=?∑=0
1
lim ()()n
i i i i f g x λξξ→=?∑=()()b
a
f x
g x dx ?.
例3.求极限:
122lim [sin cos()sin cos()sin cos()]222n n n n n n n n n n n n n πππππππππ
→∞-+-++-…. 解:由推论1可知,f(x)=
(1)sin ()cos [0,1],[,],0,1,2,(1).
2i i i i x g x x i n n n n n n
πππππ
ππ-=-∈=-及皆在上可积，且…
l i m l i m (),1,2,.2n n i i i n n n n
πππ→∞→∞=-=… 于是,原极限式=1210011
sin cos sin 02
x xdx x ππππ=??=?. 推论2
设1
0ln ()ln ()0,1]lim
.f x dx n f x e →∞
?=在区间[上可积，则
1
0112lim [ln ()ln ()ln ()]ln (),lim
(n n
f f f n n n n
n f x dx
e e →∞++→∞
=?=…事实上对数的性质）
（定积分的定义）.
例
4.试求:1
12lim(
)n n n n n n n n n
→∞+++??…. 2解：直接应用推论
1
01
011
ln(1)1[ln(1)ln(1)]12lim()lim (1)4.
n
x dx n
n n n i x x x x n n n n i e n n n n e e
+→∞→∞=+++-+++???=+===∏…
推论3如果函数()f x 在区间[]0,1上可积,且
()1
()11121f x 0,lim[1+()][1+()][1+()]f x dx n n
f f f e n n n n n n
→∞?≥??=则…. 证明:记
A=11121lim[1+()][1+()][1+()]n n f f f n n n n n n →∞??…,则1
1ln lim ln[1+()]n n i i
A f n n →∞==∑
1
0()()11()1011()1111lim ln[1+()]lim ln[1+()]11lim ln lim ()()A .
n i
f i n n n
f n n
n n i i i n
n f n n n i i f x dx
i i
f f n n n n
n n i e f f x dx
n n
n e ?→∞→∞==→∞→∞======?=?=∑∑∑∑?于是，
例5.计算22212lim(1)(1)(1)333n n n n n
→∞
+
?++…. 解:本题也可以直接运用推论3,
101
1
36
2221
1211lim(1)(1)(1)lim (1).3333xdx
n
n n i n i
e e n n n n n →∞→∞=?+?++=+??==∏…
这三个推论是对结论1的必要补充与完善.形式上我们不仅有无穷项式子和的极限,还衍生出了无穷项式子乘积的极限.它们都是顺着结论1的思路继续进行探索,从形式上丰富了定积分在求极限中应用这一思想,但从本质上讲,它们与结论1是一致的.它们都紧紧抓住了定积分概念的实质,意识到定积分是无穷项和的极限,应用数学的一些基本性质,对各式子进行恒等变形,尽量把不同形式的极限向定积分定义中的和式上去靠拢.最终通过简单明了的定积分公式,求出定积分的值来,以确定出原极限的值.由这三个推论来看,
11111
1111lim (),lim ()(),,[,],lim [()],lim [1+()]n n n
n
n
i i i i n n n n i i i i i i i i i f f g f f n n n n n n n n ξηξη→∞→∞→∞→∞====-?∈∑∑∏∏对于等形
式的极限，我们都有方可循,用定积分的方法容易求出其极限来.对于任何一种数学方法,只要我们仔细地观察与推究,都能将其结论或应用范围加以推广,就像结论 1.现在让我们
来看一组习题,以体会以上诸推论.
现在,我们已经积累了多种求和式极限的方法,它们是今后应用定积分解决极限类问
题的最佳模型与范例.那就再让我们来看一组习题,以熟悉与巩固1111
lim (),lim n
n
n n i i i f n
n n →∞→∞==∑∑
等形式的极限吧.
下面这组习题综合用到了以上各结论与推论.
习题组2用定积分的方法计算下列各极限.
(1)222
111
lim [
](1)(2)()n n n n n n →∞
++++++…;
(2)11111212111
lim [()sin(+()sin(++()sin(]232323
n n n n n n n n n n n n n n n n →∞------））…）;
(3)lim
n →∞
(4)111lim(1)(1)(1)12n n n n n
→∞+
+++++….
解:分析 以上例题都容易恒等变形,使其满足结论1或者推论1至推论3的条件.于是,
(1)122222*********
lim []();(1)(2)()(1)21n n i n dx i n n n n n x n
→∞=+++===+++++
∑?… (2)11111212111lim [()sin(+()sin(++()sin(]232323
n n n n n n n n n n n n n n n n →∞------））…） =1
1
sin n
i i i n ξη=?∑，1,[,],1,2,1i i i i i n n n ξη-∈=-…
=1
0sin sin1cos1;x xdx =-?
(3)1
011ln(1)21
lim
lim[(1)]2n x dx n n n i i e
n ππ-+→∞
→∞=?=+?=∏ 22
(1)ln(1)1ππ
=++- ;
(4)1
0111
11111lim(1)(1)(1)(1)2121n dx x n i e i n n n n n n
+→∞=?+++=+?==++++∏….
3.3定积分在求极限中应用思想的转移
至此,我们已经深深的体会到了各种形式的定积分在极限中应用的作用.仅仅于此,我们尚不能满足,我们可以把定积分在求极限中的应用思想借鉴到其他方面.例如,利用这种
11111()(),,[,],lim [()],lim [1+()]n n
n
i i i i n n i i i i i i f g f f n n n n n ξηξη→∞→∞==-?∈∏∏
思想方法来证明一些不等式,或者用之解决一些复杂一点的求极限问题.下面将举例说明.
例 6.证明:若函数
()f x 在[],a b 上连续,且对于[],x a b ?∈，有()0f x >，则
21
()()()
b
b
a
a
f x dx dx b a f x ≥-?
?
. 证明:已知()f x 与()g x 在[],a b 上都可积.将[],a b 进行N 等分,分点是
01n a x x x b =<<=…<.在第K 个区间上取1,k k k k b a
x x x n
ξ--=-=
.由算数平均不小于几何平均,有
121
1
11
(()1(()()n
n
k n
n
k k k k k k k f x f x b a b a f x b a n f x n n n
====--???=-??≥∑∑∑∑））
22
(()b a b a -=-）
21
()()()
b
b
a
a
n f x dx dx b a f x →∞≥-??
当时，有. 体会:本例恰巧反过来,将积分和转化为极限和的形式,并运用了算术平均数不小于几何平均数这一结论,将问题化繁为简.较好地认识与掌握定积分与极限之间的关系是解决本问题的关键.该例题说明,我们应该充分认识到定积分在极限中的作用,并能做到灵活变通,适当情形下,二者可以相互转化,将问题化难为易,从而达到解决问题的目的.
例7.试求极限(21)!!
lim[
](2)!!
n m m →∞
-.
分析:该问题似乎不能直接运用结论1或推论1至推论3来求极限.因为极限的表达式不容易化成以上结论或者推论的情形.但是,该问题的解决就真用不到定积分了吗？答案是否定的.在解决该问题之前,还是先让我们看一下沃利斯公式的由来吧！ 沃利斯公式:2(2)!!1lim[
](21)!!212
m m m m π
→∞
?=-+.
证明:令20
sin ,1,2,n n J xdx n π
==?…,则当2n ≥时用分部积分法容易求得
1
222220
22220
sin sin
cos (1)sin cos (1)sin sin (1)(1.
n
n n n
n n n n n J xdx x x
n x xdx n xdx xdx n J n ππ
π
ππ----==-+-=--=---????）J
移项并整理后可得递推公式:21
, 2.n n n J J n n
--=
≥由于 22010
,sin 1,2
J dx J xdx π
π
π
==
==??重复应用上面的递推公式可得
2212123122222()22221
21213m m m m J m m m m J m m π+--?
=
?????
-**?-?
=????+-?……,
又由于
21
22-12
220
sin
sin
sin m m
m xdx xdx xdx π
π
π
+<
??,再将
**（）式代入,便可以得到 22(2)!!1(2)!!1
[
][](21)!!212(21)!!2m m m m A B m m m m
π=<<=-+-,因为
2(2)!!110[
]0()(21)!!2(21)22
m m m B A m m m m m π
<-=
l i m ()0m m m B A →∞
-=.而02
m m m A B A π
<
-<-,故得沃利斯公式
2(2)!!1lim[
](21)!!212m m m m π
→∞
?=
-+.
现在让我们来仔细看看沃利斯公式究竟与定积分有什么关系吧!事实上,在计算定积分
20
sin ,1,2,n n J xdx n π
==?…时,我们巧妙地运用了定积分的递推表达式,这样我们才正
真地寻找到了解决极限问题的金钥匙,看来定积分的运算还是在其中发挥了不可低估的作用.那么就让我们直接运用该公式来探究例8问题吧！
根据沃利斯公式2(2)!!1lim[](21)!!212
m m m m π→∞?=-+,可知1
(21)!!
21lim lim 0(2)!!2
m m m m m π→∞→∞-+==.
从某种程度上讲,我们利用了定积分方法解决了例8中极限的问题.倘若我们采用其方法来求这个极限,恐怕会走一些弯路. 3.4定积分在求极限中应用思想的完善
我们知道反常积分也是定积分在极限下定义出来的.以上的所有求极限问题都是将极限的表达式整体转化成积分形式,从而应用了定积分巧妙地求出了原极限的结果,那么能不能把定积分在求极限中局部应用呢？现在我们再来看一个有趣的问题,以便说明此问题.
例
8.证明:1112lim 1ln n n n
→∞++=…+. 分析:这个例题不同于前面所有的例题,前面的例题,我们都能迅速地将所求极限的表
达式转化成1
lim ()n
i i n i f x ξ→∞
=?∑,而本例不行,但它形式上与我们讨论的定积分在求极限中应
用的例子非常相像,因为式子中有无穷多项和11
n
i i
=∑,所以我们就尝试用定积分的方法来求
它吧！
把这个极限式子的分子进行适当变形11111
n
n i i i i
n n
===∑∑.如果根据前面的经验,我们知道
101
11
1lim n n i dx i n x n →∞==∑?的.可是现在我们对两个问题有所质疑.第一,我们并没有把原极限式
直接转化成积分形式;第二,即使局部用到了定积分1
01
dx x ?
,但我们知道101dx x
=∞?的.事实上,原式经变形后,我们会发现分子与分母中的无穷大量是等价的.即
11
0001111111lim(ln )lim(ln )ln 2lim lim lim 1ln ln lim ln lim ln lim ln ln n i x x n n x x x x i n dx x x n n x x n n x x x x
++=→→→∞→∞→+∞→+∞
→+∞
→+∞
++-======∑?…+(这里我们统一了分子分母中的变量,统一用变量x,这里已经表示变量x 是逐步趋近,由数学分析中归结原理”,这个手段是不影响极限结果的).
最后我们求得其结果,11
12lim 1ln n n n
→∞++=…+. 由此可以看到,在求极限的问题中,定积分的思想不仅可以对表达式整体使用,也可以对其进行局部使用.总之,只要我们善于思考书本上的一些概念以及分析它们之间联系,我们就往往能够游刃有余地把一种数学思想用于解决其他数学问题上.
最后,让我们再来总结一下,定积分在求极限中应用时所应该注意的几个问题. 第一,极限必须是无穷项和的极限,并且这些和的极限经过适当的恒等变形之后能转化为定积分的形式.
第二,应用定积分求极限时,往往还需要用到其他的一些求极限的方法和手段,例如极限的迫敛性,重要极限的结论,取对数手段等.
第三,求极限一类问题往往需要使用各种手段,这样才能做到事半功倍.
4、论文总结
4.1再认识数学
通过以上探讨,我们重新认识了数学.我们在进行推理与应用时,是有深切体会的.数学本身是一门严谨的自然科学,因为它是一种思维的工具,是一种思想方法,它还是一种理性的艺术.
数学是一种思维的工具.第一,数学具抽象性.数学概念是以极度抽象的形式出现的.本文中讨论的定积分以及极限更是如此.与此同时,数学的研究方法也是抽象的,这就是说数学命题的真理性不能建立在经验之上,而必须依靠于严格的证明.当数学应用于实际问题的研究时,其关键在于能建立一个较好的数学模型.我们在运用定积分求极限时,就已经拥有了较好的数学模型——函数模型.在一个较好的数学模型上展开数学的推导和计算,以形成对问题的认识,判断和预测.这就是运用抽象思维去解决现实问题的体现.第二,数学赋予科学知识以逻辑的严密性和结论的可靠性,是使认识从感性阶段发展到理性阶段,并使理性认识进一步深化的重要手段.在数学中,每一个公式,定理都要严格地从逻辑上加以证明以后才能够确立.当我们发现了“结论1”之后,相继经过严密的推理与论证后才拓展到了“推论1”至“推论3”.第三,数学是一种辅助工具和表现方式.我们在解决数学问题本身时,还必须依赖于数学中的其他相关方法思路.另外数学反映的是一种复杂而抽象事物内部关系,但是我们仍然有简明的数学符号与形象鲜明的图形等来表示它.无论是定积分还是极限,其中都用到了丰富的数学符号,离开这些数学符号,我们的表达似乎显得寸步难行.
数学是一种思想方法.数学是研究量的科学.它研究客观对象量的变化,关系等,并在提炼量的规律性的基础上形成各种有关量的推导和演算的方法.数学的思想方法体现着它作为一般方法论的特征和性质,是物质世界质与量的统一,内容与形式的统一的最有效的表现方式.无论是定积分还是极限都离不开计算,这就意味着它们中都蕴含着量的变化.
数学还是一种理性的艺术.一般我们觉得,艺术与数学是两种风格与本质都有着明显不同的事物.它们一个处于高度理性化的峰顶,另一个则位于精神世界的枢纽地带;一个是自然科学的代表,另一个则是美学的杰作.但是,在种种表面上无关甚至完全不同的现象身后却隐藏着艺术与数学相当一致的一般意义.我们进行学术研究纯粹是我们进取以及求知欲的驱使.
艺术与数学都是公认的地球语言.艺术与数学在描绘万事万物的过程中,还同时完善了自身的表现形式,这种表现形式最基本的载体便是艺术与数学各自独特的语言特征.其共同特点有(1)超文化性.艺术与数学所表达的是一种带有普遍意义的人类共同的心声,因而它们可以超越时间和地域界限,实现不同文化群体之间的广泛传播和交流.(2)整体性.艺术的整体性来自于其艺术表现的普遍性和广泛性;数学的整体性来自于数学统一的符号体系,各个分支之间的有力联系,共同的逻辑法则和既约的表达方式.(3)简明性.它首先表现为很高的抽象程度,其次是凝冻与浓缩.(4)代表性.艺术与数学语言各自代表性可以
诱发某种强烈的情感体验,唤起某种美的享受,而意义则在于把注意力转向思维,上升为理念,成为表现人类内心意图的方式.(5)形式性.在艺术与数学各自进行的符号与信息的含义交换中,其共同的特征就是达到了实体与形式的分离.我们研究的定积分在求极限中的应用,那种思想以及符号呈现方式可被世界人悦纳.
艺术与数学具有共同的精神价值.其共同的特点有:(1)自律性.数学价值的自律性是与数学价值的客观性相关联的;艺术的价值也是不能以人的意志而转移.艺术与数学的价值基本上是在自身框架内被鉴别,鉴赏和评价的.(2)超越性.它们可以超越时空,彰显永恒.在艺术与数学的价值超越过程中,现实得以扩张,延伸.艺术与数学的超越性还表现为超前的价值.(3)非功利性.艺术与数学的非功利性是其价值判断异于其他种类文化与科学的显著特征之一.(4)多样化,物质化与广泛化.在现代技术与商业化的推动下,艺术与数学的价值也开始发生升华,出现了各自价值在许多领域内的散射,渗透,应用,交叉等情况.定积分在求极限中的应用,不仅仅贡献于数学本身,它将逐渐在其他领域也发挥一定的作用.
4.2结束语
我们已经见到了定积分在求极限问题中应用的各种形式.事实上,只要我们对学过的某些概念用心的体会,并加以深刻的思考,我们就可能将其精髓运用到数学的其他领域.正如我们这里把定积分与极限结合起来,并进行了适当推广,得到了较为满意的结论和推论.
本文主要给大家介绍了定积分在求极限中应用.一开始我们就回忆了定积分以及极限等大学数学学习中的重要概念.然后剖析它们之间的内在联系,进而寻找到了一种独特的求极限的办法——借助定积分求极限.当然,这种思想也并非空穴来风,它是源于教材中某些例题中具有创新性思想方法或者一些独特的步骤.因为不是所有的数学概念之间经过思考推理,相互之间就能建立起联系来.因此,在平时的数学学习中,我们务必对教材中的基本概念加深体会,尤其是要把相互之间或多或少存在着某种关系的概念加以比较与分析.然后对其进行大胆的假设,并进行一定的逻辑证明.如果我们的假设成立,那就是我们发现的新事物,这对于我们发散思维与创新思维都是大有裨益的;假设不成立,我们也可更好地掌握不同概念之间区别,这对于我们理解知识都是有好处的.所以,在我们平时的学习过程中,我们要积极去思考,并大胆地进行某些适当的假设,以提升我们创新思维能力.
求极限的方法可能还有更多,值得大家去思考与挖掘.希望本文能起到抛砖引玉的目的,能激发更多的数学爱好者携起手来探索出更多实用与巧妙的求极限的方法来.欢迎大家对本文进行批评与指正.
参考文献
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[7]陈吉象,戴英等.文科数学基础.北京高等教育出版社,2003．
[8]天津大学数学竞赛(人文学科及医学等类),2005．
英文摘要
Abstract:In solving limit problem, we often think of the ways including the definition of limit, important limits, L’Hospital’s rule an d Taylor’s formula etc. These methods have some limitations, however the definite integral is also limit form in essentially, it is also simple in calculation. This paper will focus on the applications of definite integral in solving the limit problems.
Keywords:Definite integral, Limit, Applications.
学号：0 学年论文 求极限的方法总结 Method of Limit 学院理学院专业班级 学生指导教师（职称） 完成时间年月日至年月日
摘要 极限的概念是高等数学中最重要、最基本的概念之一。许多重要的概念如连续、导数、定积分、无穷级数的和及广义积分等都是用极限来定义的。因此掌握好求极限的方法对学好高等数学是十分重要的。但求极限的方法因题而异，变化多端，有时甚至感到变幻莫测无从下手，通过通过归纳和总结，我们罗列出一些常用的求法。本文主要对了数学分析中求极限的方法进行一定的总结，以供参考。 关键词：极限洛必达法则泰勒展开式定积分无穷小量微分中值定理
Abstract The concept of limit is the most important mathematics,one of the most basic important concepts such as continuity,derivative,definite integral,infinite series and generalized integrals and are defined by the mater the methods the Limit learn mathematics integrals and are defined by the limit varies by title,varied,anf sometimes even impossible to start very unpredictable,and summarized through the adoption,we set out the requirements of some commonly used this paper,the mathematical analysis of the method of seeking a certain limit a summary for reference. Keyword:Limit Hospital's Rule Taylor expansion Definite integral Infinitesimal Mean Value Theorem
求极限方法一：直接代入法 例一：（）=24 例二：（）= 类似这种你直接把x趋近的值代入到函数里面，就可以直接得到函数的极限了。 知识点1：当x趋近值代入后，分子为0，分母不为0时，函数极限等于0 知识点2：当x趋近值代入后，分子不为0，分母为0时，函数极限等于 方法二：因式分解法（一般是平方差，完全平方，十字相乘） 普通的就是分子分母约去相同的项，因为x是趋近值，所以上下是可以约去的，不用考虑0的问题。类似=（） 下面讲个例 知识点3：=(x-y)() 例三：== 方法三：分母有理化（用于分母有根式，分子无根式） 例四：= 方法四：分子有理化（用于分子有根式，分母无根式） 例五：==1 方法五：分子分母同时有理化（用于分子有根式，分母有根式） 例六：
知识点4：（使用这个知识点时，必须注意只能在x趋近于无穷时使用，且使用时只用看各项的最高次数，不用管其他） 例七：（）=（分子的最高次是两次，大于分母最高次一次，所以直接得出极限为无穷大） 例八：=0 （分子的最高次是一次，小于分母最高次两次，所以直接得出极限为零） ） 例九：（分子的最高次是一次，等于分母最高次一次，所以直接得出极限为分子最高次数项系数 分母最高次数项系数 方法六：通分法（若函数为两个分数相加减时，通常先同分再做处理，一般情况下同分后都要进行因式分解，然后分子分母约去相同的多项式） 例十：- 知识点5：当一个无穷小的函数乘以一个有界函数时，新函数的极限仍为无穷小。（有限个无穷小仍为无穷小=常量与无穷小量的乘积仍是无穷小量） 例十一：（）=0 函数左边用知识点4得出是无穷小，右边3+cosx是有界函数，所以新函数极限为无穷小，即0 所有求极限的题中，代入x趋近值后，若出现或，都可以使用洛必达法则求解极限。
数学分析中求极限的方法总结 1 利用极限的四则运算法则和简单技巧 极限的四则运算法则叙述如下： 定理１.１: (1 (2（３)若B ≠ （(5）[] 0lim ()lim () n n n x x x x f x f x →→??==A ???? （n 为自然数) i 由上述的性质和公式我们可以看书函数的和、差、积、商的极限等于函数极限的和、差、积、商. 例1。 求225 lim 3 x x x →+-的极限 解:由定理中的第三式可以知道 ()()22222 lim 55lim 3lim 3x x x x x x x →→→++=-- 22 2 2 2 lim lim5 lim lim3x x x x x x →→→→+= + 2259 23+ ==-- 例２． 求3 x →
33 22 x x →→ = 3 x→ = 1 4 = 式子经过化简后就能得到一个只有分母含有未知数的分式，直接求极限即可例３。已知() 111 1223 1 n x n n =+++ ??-?, 解：观察 11 =1 122 - ? 111 = 2323 - ? 因此得到() 111 12231 n x n n =+++ ??-? 1111111 1 22 11 n n n =-+-+-+- -- 所以 1 lim lim11 n n n x n →∞→∞ ?? =-= ? ?? 2 利用导数的定义求极限 导数的定义：函数f(x) 如果 ()( ) 00 lim lim x x f x x f x y x x ?→?→ +?- ? = ?? 存在， 则此极限值就称函数f(x) () 'f x。 即
求极限的方法 具体方法 ⒈利用函数极限的四则运算法则来求极限 定理1①：若极限)(lim 0 x f x x →和)(lim x g x x →都存在，则函数)(x f ±)(x g ，)()(x g x f ? 当0x x →时也存在且 ①[])()()()(lim lim lim 0 .0 x g x f x g x f x x x x x →→→±=± ②[])()()()(lim lim lim 0 x g x f x g x f x x x x x x →→→?=? 又若0)(lim 0 ≠→x g x x ，则 ) () (x g x f 在0x x →时也存在，且有 )()()() (lim lim lim 0 x g x f x g x f x x x x x x →→→= 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 ∞ ∞、00 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24 22 lim ---→x x x 解：原式=()()()022 22lim lim 22 =+= -+-- - →→x x x x x x ⒉用两个重要的极限来求函数的极限 ①利用1sin lim =→x x x 来求极限 1sin lim 0 =→x x x 的扩展形为： 令()0→x g ，当0x x →或∞→x 时，则有
()()1sin lim 0=→x g x g x x 或()()1sin lim =∞ →x g x g x 例2：x x x -→ππ sin lim 解：令t=x -π.则sinx=sin(-π t)=sint, 且当π→x 时0→t 故 1sin sin lim lim 0 ==-→→t t x x t x ππ ~ 例3：求() 11 sin 21 lim --→x x x 解：原式=()()()()()()()211sin 1111sin 1221 21lim lim =--?+=-+-+→→x x x x x x x x x ②利用e x x =+∞→)1 1(lim 来求极限 e x x =+∞ →)1 1(lim 的另一种形式为e =+→α α α1 )1(lim .事实上，令 .1 x =α∞→x .0→?α所以=+=∞ →x x x e )11(lim e =+→ααα1 0)1(lim 例4: 求x x x 1 )21(lim +→的极限 解：原式=221 210)21()21(lim e x x x x x =?? ?+????+→ 利用这两个重要极限来求函数的极限时要仔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。 ⒊利用等价无穷小量代换来求极限 所谓等价无穷小量即.1) () (lim =→x g x f x x 称)(x f 与)(x g 是0x x →时的等价无穷小量，记作)(x f )(~x g .)(0x x →.
专题1——利用定积分定义求极限 对于满足如下条件的极限，可以考虑采用利用定积分定义求极限的方法： ① 是n →∞时的极限 ② 极限运算中含有连加符号1n i =∑ 在定积分的定义中，我们把区间[,]a b 平均分成n 个小区间（定积分的定义中是任意分割区间[,]a b ， 我们当然可以平均分割），那么每个小区间的长度为 b a n -（即定义中的i x ?），这n 个小区间分别为[,]b a a a n -+，[,2]b a b a a a n n --++，[2,3]b a b a a a n n --++，……，[(2),(1)]b a b a a n a n n n --+-+-，[(1),]b a a n b n -+-，在定义中每个小区间上任意取的i ξ我们一致取为每个小区间的右端点i b a a i n ξ-=+（也可以取左端点(1)i b a a i n ξ-=+-），那么定义中的1()n i i i f x ξ=?∑就变为1()n i b a b a f a i n n =--+∑，那么1 lim ()()n b a n i b a b a f a i f x dx n n →∞=--+=∑?。（取左端点时1lim ((1))()n b a n i b a b a f a i f x dx n n →∞=--+-=∑?） 注意：定积分的定义中0λ→表示的意思是把区间分割为无线个小区间（n →∞也表示把区间分割成无数个小区间，但是在任意分割的前提下，不能用n →∞来表示把区间分割成无数个小区间，这里的原因我是理解的，但是不好表述，你清楚结论就行了），当分割方式为均等分割时，n →∞就表示把区间分割成无数个小区间，所以这里是1 lim ()()n b a n i b a b a f a i f x dx n n →∞=--+=∑?，而不是01 lim ()()n b a i b a b a f a i f x dx n n λ→=--+=∑?。 如()f x 在区间[0,1]上的积分可以表示为1 01 1()lim ()n n i i f x dx f n n →∞==∑?——i ξ取每个小区间的右端点，或者1 01 11()lim ()n n i i f x dx f n n →∞=-=∑?——i ξ取每个小区间的左端点。 举例：求3 41lim n n i i n →∞=∑
数学分析中求极限的方 法总结 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
数学分析中求极限的方法总 结 1 利用极限的四则运算法则和简单技巧 极限的四则运算法则叙述如下： 定理：如果0 x x lim f x =,lim g x =x x →→A B （）（） （1）[]0 lim ()()lim ()lim ()x x x x x x f x g x f x g x →→→±=±=A ±B （2）[]0 x x lim f x g x =lim f x)lim ()x x x x g x →→→??=A?B （）（）（ （3）若B ≠0 （4）0 x lim c ()lim ()x x x f x c f x c →→?=?=A （5） [] 0lim ()lim ()n n n x x x x f x f x →→??==A ????（n 为自然数） 上述性质对于,,x x x →∞→+∞→-∞也同样成立i 由上述的性质和公式我们可以看书函数的和、差、积、商的极限等于函数极限的和、差、积、商。 例1. 求225 lim 3x x x →+-的极限 解：由定理中的第三式可以知道 例2. 求3 2 lim 3x x →-的极限 式子经过化简后就能得到一个只有分母含有未知数的分式，直接求极限即可 例3. 已知 ()1111223 1n x n n = +++ ??-?，求lim n n x →∞ 解： 观察 11 =112 2- ? 111=2323-?
因此得到 ()1111223 1n x n n = +++ ??-? 所以 1lim lim 11n n n x n →∞→∞ ?? =-= ??? 2 利用导数的定义求极限 导数的定义：函数f(x)在0x 附近有定义，χ??，则 如果 存在， 则此极限值就称函数f(x)在点0x 的导数记为 () 0'f x 。 即 在这种方法的运用过程中，首先要选好f(x)。然后把所求极限都表示成f(x)在定点0 x 的导数。 例4. 3 利用两个重要极限公式求极限 两个极限公式： （1 （2）1lim 1x x e x →∞ ?? += ??? 但我们经常使用的是它们的变形： （1，
定积分在求极限中的应用 欧阳学文 1、知识准备 1.1绪论 微积分学在大学的数学学习中占有相当重要的地位.然而,求极限又是微积分学中常常要面临的问题.因此,积累更多求极限的方法应是每位大学生必备的素养. 求极限的方法层出不穷,最常用的方法有极限的定义和性质,重要极限的结论,洛必达法则以及泰勒公式等.应用极限的定义时,往往是在极限的结果已经比较明显,只需要根据极限的定义把相关式子进行放缩便可得到相应的结果.但是,这种方法一方面叙述上比较麻烦,另一方面也只适用于看上去容易放缩的式子.重要极限的结论形式上要求非常严格,也只能解决两种形式的极限问题.洛必达法则是用于解决“”型的极限和“”型极限的.泰勒公式适宜于解决求分式极限中分子或分母有加减运算的问题,通过泰勒展式后可以达到某些项抵消效果.但若仔细观察这些方法,其特点不是表达较繁琐就是仅仅应用到微分学知识.事实上,微分学和积分学的
关系正如中小学时代学习过的加法与减法,乘法与除法,乘方与开方以及幂运算与取对数运算的关系一样,他们互为逆运算.倘若也能用到积分学知识来解决求极限的问题,那么求极限的方法才算完美.而利用定积分求极限正体现了这一理念. 1.2定积分的概念 下面首先让我们回顾一下定积分以及极限的定义: 定积分:设函数在闭区间上有定义,在闭区间内任意插入n1个分点将分成n个区间,记 ,,作乘积(称为积分元),把这些乘积相加得到和式(称为积分形式)设 ,若极限存在唯一且该极限值与区是的分法及分点的取法无关,则称这个唯一的极限值为函数在上的定积分,记作,即 .否则称在上不可积. 注1:由牛顿莱布尼兹公式知,计算定积分与原函数有关,故这里借助了不定积分的符号. 注2:若存在,区间进行特殊分割,分点进行特
定积分在求极限中的应用 1、知识准备 1.1绪论 微积分学在大学的数学学习中占有相当重要的地位.然而,求极限又是微积分学中常常要面临的问题.因此,积累更多求极限的方法应是每位大学生必备的素养. 求极限的方法层出不穷,最常用的方法有极限的定义和性质,重要极限的结论,洛必达法则以及泰勒公式等.应用极限的定义时,往往是在极限的结果已经比较明显,只需要根据极限的定义把相关式子进行放缩便可得到相应的结果.但是,这种方法一方面叙述上比较麻烦,另一方面也只适用于看上去容易放缩的式子.重要极限的结论形式上要求非常严格, 也只能解决两种形式的极限问题.洛必达法则是用于解决“00”型的极限和“∞ ∞ ”型极限的. 泰勒公式适宜于解决求分式极限中分子或分母有加减运算的问题,通过泰勒展式后可以达到某些项抵消效果.但若仔细观察这些方法,其特点不是表达较繁琐就是仅仅应用到微分学知识.事实上,微分学和积分学的关系正如中小学时代学习过的加法与减法,乘法与除法,乘方与开方以及幂运算与取对数运算的关系一样,他们互为逆运算.倘若也能用到积分学知识来解决求极限的问题,那么求极限的方法才算完美.而利用定积分求极限正体现了这一理念. 1.2定积分的概念 下面首先让我们回顾一下定积分以及极限的定义: 定积分:设函数()f x 在闭区间[],a b 上有定义,在闭区间[],a b 内任意插入 n-1个分点将 [],a b 分成 n 个区间[,]x i i x x -,记(1,2,,i i i x x x i n ?=-=）,1[,]i i x x ξ-?∈,作乘积()i i f x ξ?(称 为积分元),把这些乘积相加得到和式 1 ()n i i i f x ξ=?∑(称为积分形式)设 {}max :1i x i n λ=?≤≤,若0 1 lim ()n i i i f x λξ→=?∑极限存在唯一且该极限值与区是[],a b 的分法 及分点i ξ的取法无关,则称这个唯一的极限值为函数()f x 在[],a b 上的定积分,记作 b a ()f x dx ?,即0 1 ()lim ()n b a i i i f x dx f x λξ→=?=?∑.否则称()f x 在[],a b 上不可积. 注1:由牛顿莱布尼兹公式知,计算定积分与原函数有关,故这里借助了不定积分的符号. 注2:若()b a f x dx ?存在,区间[],a b 进行特殊分割,分点i ξ进行特殊的取法得到的和式极限存在且与定积分的值相等,但反之不成立,这种思想在考题中经常出现,请读者要真正理
数学分析中求极限的方法 总结 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
数学分析中求极限的方法总结 1 利用极限的四则运算法则和简单技巧 极限的四则运算法则叙述如下： 定理：如果0 x x lim f x =,lim g x =x x →→A B （）（） （1）[]0 lim ()()lim ()lim ()x x x x x x f x g x f x g x →→→±=±=A ±B （2）[]0 x x lim f x g x =lim f x)lim ()x x x x g x →→→??=A?B （）（）（ （3）若B ≠0 （4）0 x lim c ()lim ()x x x f x c f x c →→?=?=A （5）[]00lim ()lim ()n n n x x x x f x f x →→??==A ????（n 为自然数） 上述性质对于,,x x x →∞→+∞→-∞也同样成立i 由上述的性质和公式我们可以看书函数的和、差、积、商的极限等于函数极限的和、差、积、商。 例1. 求225 lim 3x x x →+-的极限 解：由定理中的第三式可以知道 例2. 求3 x →的极限
式子经过化简后就能得到一个只有分母含有未知数的分式，直接求极限即可 例3. 已知 ()1111223 1n x n n = +++ ??-?，求lim n n x →∞ 解： 观察 11=112 2-? 111=2323- ?因此得到 ()1111223 1n x n n = +++ ??-? 所以 1lim lim 11n n n x n →∞→∞ ?? =-= ??? 2 利用导数的定义求极限 导数的定义：函数f(x)在0x 附近有定义，χ??，则 如果 存在， 则此极限值就称函数f(x)在点0x 的导数记为 () 0'f x 。 即 在这种方法的运用过程中，首先要选好f(x)。然后把所求极限都表示成f(x)在定点 x 的导数。
专题1 ---- 利用定积分定义求极限 对于满足如下条件的极限，可以考虑采用利用定积分定义求极限的方法: ①是n 时的极限 n ②极限运算中含有连加符号 i 1 在定积分的定义中，我们把区间［a,b］平均分成n个小区间 b a 我们当然可以平均分割），那么每个小区间的长度为—a 成无数个小区间，但是在任意分割的前提下，不能用n 来表示把区间分割成无数个小区间，这里的原因我是理解的，但是不好表述，你清楚结论就行了） n lim0 f(a .b a、b a i )- n n 表示把区间分割成无数个小区间，所以这里是 n lim f (a n i 1 baba i )- n n b f (x) dx , a 而不是 （定积分的定义中是任意分割区间［a,b］， （即定义中的x），这n个小区间分别为 r b a、「b a b a n r [a, a ] , [a ,a 2 ] , [a n n n b a b a _ [a (n 2) ,a (n 1) ], n n [a (n n _ b a 2 ,a n b a 3山],…, n 1）,b］，在定义中每个小区间上任意取的i我们n 致取为每个小区间的右端点i a（也可以取左端点i a （i 1）），那么定义中 左端点时i） x i就变为 f (a i- a) b a n n ，那么lim n n f(a i 1 b a f （X）dX。 n lim f (a n i 1 (i baba b 忖匚a?) 注意：定积分的定义中0表示的意思是把区间分割为无线个小区间（n也表示把区间分割 ,当分割方式为均等分割时，n 就 f (x)dx。
求极限的方法 具体方法 ⒈利用函数极限的四则运算法则来求极限 定理1①：若极限)(lim 0 x f x x →和)(lim x g x x →都存在，则函数)(x f ±)(x g ，)()(x g x f ? 当0x x →时也存在且 ①[])()()()(lim lim lim 0 .00 x g x f x g x f x x x x x →→→± = ± ②[])()()()(lim lim lim 0 x g x f x g x f x x x x x x →→→?= ? 又若0)(lim 0 ≠→x g x x ，则 ) ()(x g x f 在0x x →时也存在，且有 ) ()() ()(lim lim lim x g x f x g x f x x x x x x →→→= 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 ∞ ∞、 0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2 42 2 lim --- →x x x 解：原式=()() ()022 22lim lim 2 2 =+= -+-- - →→x x x x x x ⒉用两个重要的极限来求函数的极限 ①利用1sin lim =→x x x 来求极限 1sin lim =→x x x 的扩展形为： 令()0→x g ，当0x x →或∞→x 时，则有 ()() 1sin lim =→x g x g x x 或()() 1sin lim =∞ →x g x g x
关于利用定积分定义去解决数列极限问题总结 ()()()()()()b 1 1 b n 0 首先研究一下定积分的定义函数f 如果对a,上一切分割及相应的一切积分和，只要分割的细度趋于0，就有一确定的极限，则称该极限为f 在a,上定积分，记为lim 在求部分数列极限问题中，经常会利用定积分的定义去解决，下面我跟大家讲解的再详细具体实用点,在求解过程中方法1：lim 这种做法是从左端n i i a T i n i i a k ：x b x b f x dx f x f x dx f x ξξ→=-→∞ =??????=???=?∑?∑?()()()()()()()()()b n 1 11b n n 00b 点开始取函数值方法2：lim 这种做法是从右端点收尾取函数值一般在数列极限问题中我们通常是从右边往左边推，但是我发现在考研真题中上面两个等式 还是不实用，因为考试中通常是对区间取等分间隔=，也就是比如 n 方法1：lim =lim 方法2：n i i a k i n n i i a k k a f x dx f x b a x k b a b a f x dx f x f a n n f x ξξ→∞ =--→∞→∞===?-???--=?+ ? ??? ∑?∑∑?()()()()()()()n n 111b n 0lim =lim 易错点：我可以保证基本每个人都错过，就是在解决具体的真题时候，经常忘了乘错误示范：=lim ？具体求数列极限问题中一般是写成右边这个形式，然后去推测相应的f ,和a,具体数值也就是说要推测三个n n i i k k n a k k b a b a dx f x f a n n b a n k b a f x dx f a n x b ξ→∞→∞==-→∞=??--=?+ ? ?????- ? ? ???- ?+ ? ? ?????∑∑?∑?()()()()1 1 100n n 0量，我感觉有点难，所以我想把这个问题变得再详细具体实用点，我发现在具体应用中不管怎么出，我都可以把a=0,b=1去研究 我是有理由的，大家可以思考下为什么我可以敢这样说，这样做题有一个好处就是只需要推测f 这一个量就可以了， 此时把上面两种方法再修改一下：令a=0,b=1 1 方法1：=lim ，方法2：=lim n k k x k k f x dx f f x dx f n n n -→∞→∞==???? ? ??? ??∑??11 现在问题又来了，在考试的时候涉及到关于数列极限的问题时，怎么才能想到是利用 定积分的定义去求呢？ 带着这个疑问，我们再研究一下上面两种方法划横线部分的形式n n ∑
专题1——利用定积分定义求极限 对于满足如下条件的极限，可以考虑采用利用定积分定义求极限的方法： ① 是n →∞时的极限 ② 极限运算中含有连加符号1n i =∑ 在定积分的定义中，我们把区间[,]a b 平均分成n 个小区间（定积分的定义中是任意分割区间[,]a b ， 我们当然可以平均分割），那么每个小区间的长度为 b a n -（即定义中的i x ?），这n 个小区间分别为[,]b a a a n -+，[,2]b a b a a a n n --++，[2,3]b a b a a a n n --++，……，[(2),(1)]b a b a a n a n n n --+-+-，[(1),]b a a n b n -+-，在定义中每个小区间上任意取的i ξ我们一致取为每个小区间的右端点i b a a i n ξ-=+（也可以取左端点(1)i b a a i n ξ-=+-），那么定义中的1()n i i i f x ξ=?∑就变为1()n i b a b a f a i n n =--+∑，那么1 lim ()()n b a n i b a b a f a i f x dx n n →∞=--+=∑?。（取左端点时1 lim ((1))()n b a n i b a b a f a i f x dx n n →∞=--+-=∑?） 注意：定积分的定义中0λ→表示的意思是把区间分割为无线个小区间（n →∞也表示把区间分割成无数个小区间，但是在任意分割的前提下，不能用n →∞来表示把区间分割成无数个小区间，这里的原因我是理解的，但是不好表述，你清楚结论就行了），当分割方式为均等分割时，n →∞就表示把区间分割成无数个小区间，所以这里是1lim ()()n b a n i b a b a f a i f x dx n n →∞ =--+=∑?，而不是01 lim ()()n b a i b a b a f a i f x dx n n λ→=--+=∑?。
浅谈数学分析中求极限的常用方法Preliminary analysis on the common method of limit problem in mathematical analysis
摘要 求极限问题是数学分析学习的基础，也是其极为重要的内容之一。极限问题分为函数极限和数列极限两类，其他很多重要的数学概念的学习都建立在极限基础上，比如导数，积分，级数等等。因此要学好数学分析，就要学好极限。解决极限问题看似简单，但却很抽象，往往很难求出。我们不能仅仅局限于用极限的概念求极限，我们应该掌握多种方法，并且运用各种方法结合，快速而准确的求出极限。因为极限贯穿于数学分析学习的始终，许多数学概念是从极限出发而得出的。所以反过来，我们也可以通过有关于极限的数学概念而求出极限。但是这并不是非常容易的事情，因为极限问题过于抽象，所以我们应该单独的学习各种方法针对性的求极限，最后再进行整合，把多种方法相结合来求极限。由此可以看出求极限问题是十分繁琐的，针对这种情况，本文中介绍了多种基本的求极限方法和注意事项，并且通过例题的运算过程清晰明了的展现了极限问题的解决过程，使极限问题变得相对简单易懂，为数学分析的学习打下基础。 关键词：数列极限；函数极限；方法
Preliminary analysis on the common method of limit problem in mathematical analysis Abstract Limit problem is the base of mathematical analysis. It can be divided into function limit and sequence limit, both of them are very important. Mary other important mathematical ideas are based on limit, such as derivative integral and progression. If one wants to learn mathematical analysis well, he must learn limit well. It is usually very hard to solve limit problem, it seems to be simple, but rather abstract in fact we can not be restricted to solve limit problem by using the concept of limit. We should master multiple methods and use them together to solve the limit problem quickly and accurately. Limit exists in the whole process of mathematical analysis many mathematical concepts start from limit. On the contrary, we can use these concepts to solve limit problem. All these are no easy things. Because of the abstract of limit problem, we should learn multiple of methods in a target way and eventually combine them to solve limit problem. We can see that solving limit problem is very complicated. Aiming at this circumstances, this article introduce multiple basic ways to solve the problem and master needing attention, The calculation of example shows the solving process of limit problem. It make limit problem easier to understand and provide a foothold for the study of mathematical analysis.
专题一 求极限的方法 【考点】求极限 1、 近几年来的考试必然会涉及求极限的大题目，一般为2-3题12-18分左右，而用极限的 概念求极限的题目已不会出现。一般来说涉及到的方法主要涉及等价量代换、洛必达法则和利用定积分的概念求极限，使用这些方法时要注意条件，如等价量代换是在几块式子乘积时才可使用，洛必达法则是在0比0，无穷比无穷的情况下才可使用，运用极限的四则运算时要各部分极限存在时才可使用等。 2、 极限收敛的几个准则：归结准则（联系数列和函数）、夹逼准则（常用于数列的连加）、 单调有界准则、子数列收敛定理（可用于讨论某数列极限不存在） 3、 要注意除等价量代换和洛必达法则之外其他辅助方法的运用，比如因式分解，分子有理 化，变量代换等等。 4、 两个重要极限0sin lim 1x x x →= 1 01lim(1)lim(1)x x x x x e x →∞→+=+=，注意变形，如将第二个式 子1 lim(1)x x x e →+=中的x 变成某趋向于0的函数()f x 以构造“1∞ ”的形式的典型求极 限题目。 5、 一些有助于解题的结论或注意事项需要注意总结，如： （1） 利用归结原则将数列极限转化为函数极限 （2） 函数在某点极限存在的充要条件是左右极限存在且相等。有时可以利用这点进行解 题，如 11 1 lim x x e -→因左右极限不相等而在这点极限不存在。（当式子中出现绝对值和e 的无穷次方的结构时可以考虑从这个角度出发） （3） 遇到无限项和式求极限时想三种方法： ①看是否能直接求出这个和式(如等比数列求和)再求极限 ②夹逼定理 ③用定积分的概念求解。 （4）如果f(x)/g(x)当x →x0时的极限存在，而当x →x0时g(x)→0，则当x →x0时f(x)也 →0 （5）一个重要的不等式：sin x x ≤（0x >） *其中方法②③考到的可能性较大。 6、 有关求极限时能不能直接代入数据的问题。 7、 闭区间上连续函数的性质（最值定理、根的存在性定理、介值定理） 8、 此部分题目属于基本题型的题目，需要尽量拿到大部分的分数。 【例题精解·求极限的方法】 方法一：直接通过化简，运用极限的四则运算进行运算。 【例1】求极限 11 lim 1 m n x x x →--
数学分析中求极限的方法汇总
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数学分析中求极限的方法总结 1 利用极限的四则运算法则和简单技巧 极限的四则运算法则叙述如下： 定理1.1：如果0 x x lim f x =,lim g x =x x →→A B （）（） （1）[]0 lim ()()lim ()lim ()x x x x x x f x g x f x g x →→→±=±=A ±B （2）[]0 x x lim f x g x =lim f x)lim ()x x x x g x →→→??=A?B （）（）（ （3）若B ≠0 则：000 lim ()()lim ()lim ()x x x x x x f x f x g x g x →→→A ==B （4）0 x lim c ()lim ()x x x f x c f x c →→?=?=A （5） [] 0lim ()lim ()n n n x x x x f x f x →→??==A ????（n 为自然数） 上述性质对于,,x x x →∞→+∞→-∞也同样成立i 由上述的性质和公式我们可以看书函数的和、差、积、商的极限等于函数极限的和、差、积、商。 例1. 求225 lim 3x x x →+-的极限 解：由定理中的第三式可以知道 ()()22222 lim 55lim 3lim 3x x x x x x x →→→++=-- 22 2 2 2 lim lim5 lim lim3 x x x x x x →→→→+= + 225 923+==-- 例2. 求3 12 lim 3x x x →+--的极限 解：分子分母同时乘以x 12++
专题 1——利用定积分定义求极限 对于满足如下条件的极限，可以考虑采用利用定积分定义求极限的方法： ① 是 n 时的极限 n ② 极限运算中含有连加符号 i 1 在定积分的定义中， 我们把区间 [ a, b] 平均分成 n 个小区间 （定积分的定义中是任意分割区间 [ a, b] ， 我们当然可以平均分割） ，那么每个小区间的长度为 b a （即定义中的 x i ），这 n 个小区间分别为 n [ a, a b a ] ， [ a b a , a 2 b a ] ， [ a 2 b a , a 3 b a ] ， ， n n n n n [ a (n 2) b a , a (n 1) b a ] ，[ a ( n 1) b a , b] ，在定义中每个小区间上任意取的 i 我们 n n n 一致取为每个小区间的右端点 i a i b a （也可以取左端点 i a (i 1) b a ），那么定义中 n n n f ( i ) x i n f (a i b a ) b a ，那么 lim n i b a ) b a f (x)dx 。（ 取 b i 1 i 1 n n n i 1 n n a n 1) b a ) b a b 左端点时 lim f (a (i f ( x)dx ） n 1 n n a i 注意：定积分的定义中 0 表示的意思是把区间分割为无线个小区间 （ n 也表示把区间分割 成无数个小区间，但是在任意分割的前提下，不能用 n 来表示把区间分割成无数个小区间，这 里的原因我是理解的，但是不好表述，你清楚结论就行了） ，当分割方式为均等分割时， n 就 n b a b a b 表示把区间分割成无数个小区间，所以这里是 limf (a i ) f ( x) dx ，而不是 n n n a i 1 lim n i b a ) b a f ( x)dx 。 b 0 i 1 n n a 1 f ( x) dx lim 1 如 f ( x) 在区间 [0,1] 上的积分可以表示为 n n n i 1
运用定积分求极限 1、知识准备 1.1绪论 微积分学在大学的数学学习中占有相当重要的地位.然而,求极限又是微积分学中常常要面临的问题.因此,积累更多求极限的方法应是每位大学生必备的素养. 求极限的方法层出不穷,最常用的方法有极限的定义和性质,重要极限的结论,洛必达法则以及泰勒公式等.应用极限的定义时,往往是在极限的结果已经比较明显,只需要根据极限的定义把相关式子进行放缩便可得到相应的结果.但是,这种方法一方面叙述上比较麻烦,另一方面也只适用于看上去容易放缩的式子.重要极限的结论形式上要求非常严格, 也只能解决两种形式的极限问题.洛必达法则是用于解决“00 ”型的极限和“∞∞”型极限的.泰勒公式适宜于解决求分式极限中分子或分母有加减运算的问题,通过泰勒展式后可以达到某些项抵消效果.但若仔细观察这些方法,其特点不是表达较繁琐就是仅仅应用到微分学知识.事实上,微分学和积分学的关系正如中小学时代学习过的加法与减法,乘法与除法,乘方与开方以及幂运算与取对数运算的关系一样,他们互为逆运算.倘若也能用到积分学知识来解决求极限的问题,那么求极限的方法才算完美.而利用定积分求极限正体现了这一理念. 1.2定积分的概念 下面首先让我们回顾一下定积分以及极限的定义: 定积分:设函数()f x 在闭区间[],a b 上有定义,在闭区间[],a b 内任意插入n-1个分点将[],a b 分成n 个区间[,]x i i x x -,记(1,2,,i i i x x x i n ?=-=） ,1[,]i i x x ξ-?∈,作乘积()i i f x ξ?(称为积分元),把这些乘积相加得到和式 1()n i i i f x ξ=?∑(称为积分形式)设{}max :1i x i n λ=?≤≤,若01 lim ()n i i i f x λξ→=?∑极限存在唯一且该极限值与区是[],a b 的分法及分点i ξ的取法无关,则称这个唯一的极限值为函数()f x 在[],a b 上的定积分,记作b a ()f x dx ?,即01 ()lim ()n b a i i i f x dx f x λξ→=?=?∑.否则称()f x 在[],a b 上不可积. 注1:由牛顿莱布尼兹公式知,计算定积分与原函数有关,故这里借助了不定积分的符号. 注2:若()b a f x dx ?存在,区间[],a b 进行特殊分割,分点i ξ进行特殊的取法得到的和式极限存在且与定积分的值相等,但反之不成立,这种思想在考题中经常出现,请读者要真正理解.
数学分析中求极限的方法总结
数学分析中求极限的方法总结 1 利用极限的四则运算法则和简单技巧 极限的四则运算法则叙述如下： 定理1.1：如果0 x x lim f x =,lim g x =x x →→A B （）（） （1）[]0 lim ()()lim ()lim ()x x x x x x f x g x f x g x →→→±=±=A ±B （2）[]0 x x lim f x g x =lim f x)lim ()x x x x g x →→→??=A?B （）（）（ （3）若B ≠0 则：000 lim ()()lim ()lim ()x x x x x x f x f x g x g x →→→A ==B （4）0 x lim c ()lim ()x x x f x c f x c →→?=?=A （5）[]00lim ()lim ()n n n x x x x f x f x →→??==A ????（n 为自然数） 上述性质对于,,x x x →∞→+∞→-∞也同样成立i 由上述的性质和公式我们可以看书函数的和、差、积、商的极限等于函数极限的和、差、积、商。 例1. 求225 lim 3x x x →+-的极限 解：由定理中的第三式可以知道 ()()22222 lim 55lim 3lim 3x x x x x x x →→→++=-- 22 2 2 2 lim lim5 lim lim3 x x x x x x →→→→+= + 225 923+==-- 例2. 求3 12 x x →+-的极限 解：分子分母同时乘以x 12++
()( ) 3312 12 12312x x x x x x x →→+++-=-++ ()( )3 312 x x x →=-++ 14 = 式子经过化简后就能得到一个只有分母含有未知数的分式，直接求极限即可 例3. 已知 ()11 11223 1n x n n = +++ ??-?，求lim n n x →∞ 解： 观察 11=112 2- ? 111 =2323 -? ()()111 =n 1n n-1n --? 因此得到 ()1111223 1n x n n =+++ ??-? 1111111 1223311n n n =-+-+ - +--- 11n =- 所以 1lim lim 11n n n x n →∞→∞ ?? =-= ??? 2 利用导数的定义求极限 导数的定义：函数f(x)在0 x 附近有定义， χ??，则 ()() 0y f x x f x ?=+?- 如果 ()()000lim lim x x f x x f x y x x ?→?→+?-?=?? 存在，