问题

如何求解下面的极限函数?

回答
好的,没问题!咱们就来好好聊聊怎么求解这个极限函数,我会尽量讲得详细生动,让你一看就懂,而且保证不让它听起来像机器写出来的。

我们先来看看你要解的极限函数是什么样子?请把函数写出来,我才能开始给你详细讲解呀!

不过,在你写出具体函数之前,我可以先给你打个预防针,讲解一下求解极限的常用思路和一些“独门秘籍”,让你有个心理准备。到时候看到具体函数,我们就可以“对症下药”了。

求解极限,我们通常会经历这么几个阶段:

1. 直接代入法:看一眼就能解决的“幸运儿”

这可以说是最简单粗暴,也是最令人开心的方法了。如果把自变量(比如x)直接代入函数表达式后,得到一个确定的数值,那么这个数值就是极限值。

举个栗子(虽然还没看到你的具体例子):
比如我们要算 $lim_{x o 2} (x^2 + 3x 1)$。
这时候,我们直接把 $x=2$ 代进去试试:$2^2 + 3(2) 1 = 4 + 6 1 = 9$。
你看,没有出现什么分母为零、无穷大减无穷大这种尴尬情况,直接就得到了9。那么,这个极限值就是9。是不是很省事?

2. “病症”分析与“对症下药”:当直接代入“出问题”时

很多时候,直接代入法会“罢工”,出现一些让人头疼的“不定式”或者“无意义”的情况。这时候,我们就需要像个侦探一样,找出“病症”,然后用对应的“药方”来解决。

最常见的“病症”——不定式
$frac{0}{0}$ 型(零除以零): 这是最常见的不定式了。感觉像是“什么都没确定,又好像什么都被抵消了”。
解决思路: 这种时候,通常意味着分子和分母都有一个共同的“因子”在零点处让它们都等于零。我们的任务就是把这个“捣乱”的因子找出来,然后想办法消掉它。
常用“药方”:
因式分解: 如果分子分母都是多项式,试试看能不能把它们分解成乘积的形式。找到了那个让它们都为零的因子,就可以约掉。
比如:$lim_{x o 1} frac{x^2 1}{x 1}$
直接代入是 $frac{1^2 1}{1 1} = frac{0}{0}$。
看出 $x^2 1$ 可以分解成 $(x1)(x+1)$。
所以原式就变成 $lim_{x o 1} frac{(x1)(x+1)}{x 1}$。
当 $x o 1$ 时,$x eq 1$,所以我们可以安全地约掉 $(x1)$。
剩下 $lim_{x o 1} (x+1)$。
再直接代入,$1+1=2$。所以极限是2。
约分: 有时候虽然不是多项式,但你也能看出一些可以约掉的部分。
提取公因式: 比如在含有根式的表达式中,可以尝试提取公因式。
利用重要极限: 有些特殊的极限形式(比如 $lim_{x o 0} frac{sin x}{x} = 1$ 或 $lim_{x o 0} (1+x)^{frac{1}{x}} = e$)是已经被证明了的“公理”,可以直接套用。
洛必达法则 (L'Hôpital's Rule): 这是处理 $frac{0}{0}$ 或 $frac{infty}{infty}$ 型不定式的一大利器。前提是要求函数可导。它的原理是:如果 $lim_{x o a} frac{f(x)}{g(x)}$ 是 $frac{0}{0}$ 或 $frac{infty}{infty}$ 型,并且 $lim_{x o a} frac{f'(x)}{g'(x)}$ 存在(可以是实数,也可以是 $pm infty$),那么 $lim_{x o a} frac{f(x)}{g(x)} = lim_{x o a} frac{f'(x)}{g'(x)}$。
再用上面的例子:$lim_{x o 1} frac{x^2 1}{x 1}$。
导数是 $frac{2x}{1}$。
所以极限是 $lim_{x o 1} frac{2x}{1} = 2(1) = 2$。 效果一样,而且有时候更直接。
$frac{infty}{infty}$ 型(无穷大除以无穷大): 这就像是“两个大块头在比拼谁更快”。
解决思路: 比较分子分母的增长速度。
常用“药方”:
多项式函数的除法: 对于 $lim_{x o infty} frac{P(x)}{Q(x)}$,其中 P(x) 和 Q(x) 是多项式,主要看最高次项的系数比。
如果分子次数 > 分母次数,极限是 $infty$ 或 $infty$。
如果分子次数 < 分母次数,极限是 0。
如果分子次数 = 分母次数,极限是最高次项系数的比。
比如:$lim_{x o infty} frac{3x^2 + 2x + 1}{5x^2 x}$。分子分母最高次项都是 $x^2$,系数分别是3和5,所以极限是 $frac{3}{5}$。
提取最高次项: 对于更一般的情况,尤其是含有指数函数或根号的,可以分子分母同时除以分母的最高次项,或者提取出主导项。
比如:$lim_{x o infty} frac{e^x}{x^2}$。分子是指数增长,分母是多项式增长,指数增长远远快于多项式增长,所以极限是 $infty$。
洛必达法则: 同样适用。

$infty infty$ 型(无穷大减无穷大): 这就像是“两个非常大的数相减,结果可能很大也可能很小,也可能为零”。
解决思路: 把两个无穷大的部分合并成一个分数,通常会转化成 $frac{0}{0}$ 或 $frac{infty}{infty}$ 型。
常用“药方”:
通分: 如果是两个分数相减,就通分。
配方/乘以共轭表达式: 如果包含根号,可以考虑乘以共轭表达式。
比如:$lim_{x o infty} (sqrt{x^2 + x} x)$。
直接代入是 $infty infty$。
乘以共轭表达式 $(sqrt{x^2 + x} + x)$:
$lim_{x o infty} frac{(sqrt{x^2 + x} x)(sqrt{x^2 + x} + x)}{sqrt{x^2 + x} + x} = lim_{x o infty} frac{(x^2 + x) x^2}{sqrt{x^2 + x} + x} = lim_{x o infty} frac{x}{sqrt{x^2 + x} + x}$。
现在分子分母同除以 $x$:
$lim_{x o infty} frac{1}{sqrt{1 + frac{1}{x}} + 1} = frac{1}{sqrt{1+0} + 1} = frac{1}{1+1} = frac{1}{2}$。

$0 cdot infty$ 型(零乘以无穷大): 这就像是“一个东西在缩小,另一个在增大,谁说了算?”
解决思路: 把乘积转化成除法(分子是零的部分,分母是被除数;或者分子是被除数,分母是零的部分),转化为 $frac{0}{0}$ 或 $frac{infty}{infty}$ 型。
常用“药方”:
转化: $f(x) cdot g(x) = frac{f(x)}{1/g(x)}$ 或 $frac{g(x)}{1/f(x)}$。
比如:$lim_{x o 0^+} x ln x$。
直接代入是 $0 cdot (infty)$。
转化为 $lim_{x o 0^+} frac{ln x}{1/x}$。
现在是 $frac{infty}{infty}$ 型。
用洛必达法则:$lim_{x o 0^+} frac{1/x}{1/x^2} = lim_{x o 0^+} frac{1}{x} cdot (x^2) = lim_{x o 0^+} (x) = 0$。

$1^infty$ 型,$0^0$ 型,$infty^0$ 型: 这类通常是指数形式的极限。
解决思路: 对数转化。取自然对数,将指数形式转化为乘积形式,然后再处理。
常用“药方”: 如果要算 $lim_{x o a} [f(x)]^{g(x)}$,令 $y = [f(x)]^{g(x)}$,则 $ln y = g(x) ln f(x)$。然后求 $lim_{x o a} ln y$,如果这个极限是 $L$,那么原极限就是 $e^L$。
比如:$lim_{x o infty} (1 + frac{1}{x})^x$。
这是 $1^infty$ 型。令 $y = (1 + frac{1}{x})^x$。
$ln y = x ln(1 + frac{1}{x})$。
求 $lim_{x o infty} x ln(1 + frac{1}{x})$。
令 $t = frac{1}{x}$,当 $x o infty$ 时,$t o 0^+$。
极限变成 $lim_{t o 0^+} frac{1}{t} ln(1+t) = lim_{t o 0^+} frac{ln(1+t)}{t}$。
这是 $frac{0}{0}$ 型。用洛必达法则:$lim_{t o 0^+} frac{frac{1}{1+t}}{1} = frac{1}{1+0} = 1$。
所以 $lim_{x o infty} ln y = 1$。
原极限为 $e^1 = e$。

3. 极限的性质和工具箱:

夹逼定理(Squeeze Theorem): 如果我们能找到两个函数,让它们在自变量趋近某点时,极限值都相等,并且我们要计算的函数夹在这两个函数中间,那么它的极限值也就确定了。这个在处理有正弦、余弦或者一些复杂不等式的时候特别有用。
左右极限: 有时候函数在某点左右两侧的表现不一样,需要分别计算左极限 ($lim_{x o a^}$) 和右极限 ($lim_{x o a^+}$)。如果两者相等,那么极限才存在。这在处理分段函数或者绝对值函数时很常见。
泰勒展开(Taylor Expansion): 对于一些非常规的函数或者在 $x o 0$ 的极限,可以利用泰勒展开,将复杂的函数用多项式近似,然后计算极限。比如 $sin x approx x frac{x^3}{3!} + dots$,$cos x approx 1 frac{x^2}{2!} + dots$, $e^x approx 1 + x + frac{x^2}{2!} + dots$。这是一种非常强大的工具。

好了,这些是基础的思路和方法。现在,请你把你的极限函数写出来吧! 我会结合你的具体函数,把上面提到的方法和你需要注意的细节讲得更透彻,让你真正掌握它的精髓。

等你发函数!别急,我们慢慢来分析。

网友意见

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本题比较难。

首先,一阶微分方程 积分因子是 ,于是,对

我们乘以 知

导数为 ,又 ,于是

假定 存在,那么固定 ,积分号取极限,我们知这个极限函数 满足

于是依次有

从 到 积分,我们有

如果记 ,那么这个映射的不动点就是

于是我们取该函数为控制函数


用数学归纳法先证明 单调递增,这是因为如果假定 ,就有

再次使用数学归纳法,假定 ,我们有

从而 存在。

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这个并不难,只列出做法的大致轮廓:

由递归的微分方程,可以直接解得 并且由此归纳可得 是单调递增函数项序列,且满足 于是知所求极限函数存在。

又由 可以得到 命 即得

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