证明数列极限存在#
应当利用单调有界收敛原理
eg:
已知x1=1,xn+1=1+xn1,n=1,2,3,...,证明n→∞limxn存在证:∵xn+1−xn=−1+xnxn2+xn−1>0,∴xn单调递减又xn>0恒成立,∴xn有界根据有界收敛原理,n→∞limxn存在,令A=1+A1,得极限=21+5证明极限不存在#
判断极限存在时,一定要注意趋近值的两边
eg1:
1.当x→1时,函数x−1x2−1ex−11的极限
A. 等于2 B. 等于0 C. 为∞ D. 不存在但不为∞
eg2:
当x→x0时,判断左右极限当x→∞时,取相近的两无穷大数判断证明x→+∞limxsinx不存在证:取x1=nπ,x2=nπ+2π易得x→+∞limf(x1)=0,x→+∞limf(x1)=+∞故不存在
eg3: 换元法将复杂问题变简单
x→1lim(1−x)2ex−11解:x→1−limf(x)=0x→1+limf(x)t=x−11t→+∞limt2et=+∞故原极限不存在判断数列/函数的极限#
数列是特殊的,需要注意它是一个个点组成的,在判断有界无界,收敛发散时与函数不同
eg1:
2. 设数列 xn与yn满足n→∞limxnyn=0,则正确的是
A. 若xn发散,则yn必发散 B. 若xn无界,则yn必有界
C. 若xn有界,则yn必为无穷小 D. 若
xn1为无穷小,则yn必为无穷小
eg2:
关于数列{xn},下列说法不正确的是
A.
若x→∞limxn=a,则x→∞limx2n=x→∞limx2n−1=aB.
若x→∞limx2n=x→∞limx2n−1=a,则x→∞limxn=aC.
若x→∞limxn=a,则x→∞limx3n=x→∞limx3n−1=aD.
若x→∞limx3n=x→∞limx3n−1=a,则x→∞limxn=a
函数中,注意∞是有符号的,在判断极限是否存在时需注意两边极限,例如
x→∞limarctanx,x→1limarctanx−11都不存在分子或分母有理化#
应用于去根号
平方差#
eg:
x→−∞limx(x2+100+x)解:原式=x→−∞limx2+100−x100x=x→−∞lim−1+x2100−1100=−50需要注意的是,由于x趋于负无穷,从根号里提出一个x时需要变号!
三角函数内去根号#
根据三角函数的周期性,可以让根号通过平方差进行更换
eg:
求x→0limx21−cosxcos2x3cos3x解:原式=x→0limx21−cosx+cosx(1−cos2x3cos3x)=x→0limx21−cosx+cosx(1−cos2x+cos2x(1−3cos3x))=21+1+32=3
更多例子(由于typora导出时会强制替换为绝对路径,又没有服务器供存放附件,所以link失效)
倒代换#
对于趋于无穷的x,建议先做一次倒代换,这能使问题更清晰,有时甚至可以直接解出题目
当然,从根号提出时一定注意x的正负!
还有一个好处是,对于sinx这类x趋于无穷时是一个有界量,x趋于0时sin x~x的易混淆的极限值不容易被坑
还有类似ex,cosx,xα等等
eg1:
设
f(x)=∣x∣tanxarctanx1,则
A. x=0是振荡间断点 B. x=0是无穷间断点 C. x=0是可去间断点 D. x=0是跳跃间断点
eg2:
x→+∞limx3(3x6+x3+1x3+x−sinx1)解:原式=x→0limx31(3x6+x3+1x5+x3−sinx)=x→0limx3(x(3x6+x3+1x2+1−1)+x−sinx)=x→0lim3x2(x6+x3+1)−x6−x3+x2+61=21多项式/多因式极限#
夹逼定理#
在求多项式子和的极限时,可以放缩求极限或者化为定积分。在这里只讨论前者
例如
n→∞limnf(n)=1
eg1:
n→+∞lim(n2+πn+n2+2πn+...+n2+nπn)解:原式≤n→+∞lim(n2+πn2)=1原式≥n→+∞lim(n2+nπn2)=1故原式=1
eg2: 利用回归法证明不等式后夹逼
证明不等式2n1<21⋅43⋅...⋅2n2n−1<2n+11,并求n→∞lim21⋅43⋅...⋅2n2n−1证:1). 中间式子=23⋅45⋅...⋅2n−22n−1⋅2n1>2n12). 两边平方,得221⋅3⋅423⋅5⋅...⋅(2n)2(2n−1)(2n+1)⋅2n+11<2n+11∴n→∞lim21⋅43⋅...⋅2n2n−1=0合并后求极限#
观察式子,可以加减或乘除式子可以将原式合并(回归法),或根据等比/等差数列求和
eg1:
n→∞lim(n2+11+n2+22+...+n2+nn)解:原式≤n→∞limn21+2+...+n=n→∞lim2n2n(n+1)=21原式≥n→∞limn2+n1+2+...+n=n→∞lim2(n2+n)n(n+1)=21
eg2:
n→+∞lim(1+x)(1+x2)...(1+x2n),(∣x∣≤1)解:原式=n→+∞lim1−x(1−x)(1+x)(1+x2)...(1+x2n)=1−x1−x2n+1=1−x1
eg3:
n→∞lim(1+n21)⋅(1+n22)⋅...⋅(1+n2n)解:原式=elimn→∞ln(1+n21)+ln(1+n22)+...+ln(1+n2n)=elimn→∞2n2n(n+1)=e21求同底数或同幂数项的极限#
并非一定是把后面项提出,提出一项的目的是让括号内式子**变为"1+0"或"1+−1"**的形式
eg:
求f(x)=n→∞limnln(en+xn)解:1).当x<e时,原式=n→∞limnlnen+ln(1+(ex)n)=12).当x=e时,原式=13).当x>e时,原式=n→∞limnlnxn+ln(1+(xe)n)=lnx极限中参数的确定#
先确定带变量的值,再确定其他参数,有时需要通过洛必达法则确定参数
eg:
x→+∞lim(31−x6−ax2−b)=0,求a和b的值解:原式=x→+∞lim[x2(3x61−1−a)−b],得−1−a=0,即a=−1∴b=x→+∞lim(31−x6−ax2)=x→+∞limx23x61=0
关于计算极限时需要注意的细节#
有限个无穷小的和或积是无穷小,无限个项则不成立
无穷小与有界量的乘积是无穷小
计算极限时不能随意进行代入或等价无穷小替换
3.3. 原因:极限是整体变化的,但是有时候这样替换是正确的,这是因为我们把四则运算的过程简化了
这一问题的更详细的说明是:直接代入或等价无穷小替换是有精度的,分母越小,越会对替换带来的变化起反应,导致极限运算错误
判断方法:进行四则运算拆开时,需要两项因式极限都存在才可以进行替换
简单例子:
x→0limx3x−sinx=x→0limx21−x→0limx3sinx=∞−∞,不能替换x→0limxx+sinx=x→0lim1+x→0limxsinx=1+1,可以替换经典例子#
eg1:
x→0limx3xcosx−sinx解:原式=x→0limx3xcosx−x+x−sinx=−31
eg2: 这是一个隐含四则运算的极限,不能直接套用limx→∞(1+x1)x=ex,最后用到洛必达法则
x→+∞limex(1+x1)x解:原式=x→+∞limexexln(1+x1)=x→+∞limex2(ln(1+x1)−x1)=elimx→0x2ln(1+x)−x=e−21
eg3:
x→+∞lim(1+x1)x2ex解:原式=elimx→+∞x−x2ln(1+x1)=elimx→0x2x−ln(1+x)=e21
发现不能直接替换后,可以尝试泰勒展开或者**回归法(加一项减一项)**来解题
定理证明题#
介值定理:在闭区间[a,b]上的连续函数任取一点,该点必定满足m≤f(x)≤M
引申出零点定理:如果存在两点异号,则必定存在一点∈(a,b)满足f(x)=0
保号性定理:如果有
x→x0limf(x)>0,则在x0某去心邻域内,f(x)>0成立
eg1:
设f(x)在[0,1]上连续,f(1)=0,x→21lim(x−21)2f(x)−1=1,证明:1).存在ξ∈(21,1),使f(ξ)=ξ 2).f(x)在[0,1]上最大值大于1解:1)由洛必达法则,f(21)=1令F(x)=f(x)−x,易得{F(1)=−1F(21)=21∴连续函数F(x)存在一点ξ∈(21,1),使得F(ξ)=02).∵x→21lim(x−21)2f(x)−1=1>0由保号性可知,当x∈(21−δx,21)∪(21,21+δx)时,(x−21)2f(x)−1>0∴在这个去心邻域内f(x)>1
eg2:
设a2m<0,证明:x2m+x2m−1a1+...+xa2m−1+a2m=0至少有两个零点
证:左边=x2m(1+xa1+...+x2m−1a2m−1+x2ma2m)当x→∞时,原式=+∞又当x=0时,原式=a2m<0∴对(−∞,0)和(0,+∞)分别使用零点定理,得证
eg3:
设f(x)在[0,n](n∈N∗且n≥2)上连续,f(0)=f(n),证明:存在ξ,ξ+1∈[0,n],使f(ξ)=f(ξ+1)证:令F(x)=f(x)−f(x+1)则F(0)=f(0)−f(1),F(1)=f(1)−f(2),...,F(n−1)=f(n−1)−f(n)合并得i=0∑n−1F(i)=f(0)−f(n)=0设Fmin=m,Fmax=M,可知nm≤i=0∑n−1F(i)≤nM即m≤n1i=0∑n−1F(i)≤M由介值定理可知,存在ξ∈[0,n−1],使f(ξ)=n1i=0∑n−1F(i)=0求单项极限时,应想到回归法凑无穷小、换元法或平方差解决式子有理化问题、提出同幂或同底项、倒代换、化为e的对数、上下同除等技巧
求多项和的极限时,应想到合并、夹逼、定积分,求多项积的极限时,应想到化为e的对数,拆开各因式
求三角函数的极限时,运用和差化积或回归法(利用周期性)
从根号中提出x时,一定注意是否需要变号,这在判断两边极限(或极限是否存在)问题时很关键
对待数列时,应注意数列的特殊性,即非连续而是一点一点的,且n∈N∗
证明极限时,想到单调有界收敛原理
证明式子时,应想到作辅助函数
部分答案及解析#
1. D
此题是经典的xα,α趋向正负无穷时是不一样的
2. D
此处只探讨B和D。
B. 由于两者是数列,那么让前者为{0,1,0,1,…},让后者为{1,0,1,0,…},它们都无界,而乘积的极限为0
D. 原式
=n→+∞limxn1yn=0
3. D
4. C