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