问题

这道极限怎么求呢?

回答
朋友,你提到的这个极限问题,我们来把它掰开了揉碎了好好说道说道。这类题目在数学学习过程中很常见,掌握了方法,以后遇到类似的就能轻松应对了。

先看看我们这道题长什么样子:

(这里请你把你想求的那个具体的极限式子写出来。因为没有具体的式子,我只能给你一个通用的讲解框架。不过别担心,原理都是相通的,你把你的题目套进来,就能明白了。)

求极限,咱们一般有几个思路和技巧:

1. 直接代入法: 这是最简单粗暴但也是最基础的方法。如果把自变量(通常是$x$或者$n$)直接代入极限式子后,得到一个确定的数值(不是$0/0$、$infty/infty$、$inftyinfty$这种不定式),那这个数值就是极限了。

什么时候能用? 当分母代入后不等于零,且分子和分母的运算都是有定义的。
举个例子(假设你的题目是多项式或有理函数):
比如求 $lim_{x o 2} (x^2 + 3x 1)$。
直接把 $x=2$ 代进去:$2^2 + 3(2) 1 = 4 + 6 1 = 9$。
所以,这个极限就是 $9$。

2. 约分化简法: 当直接代入出现 $0/0$ 这种不定式时,通常意味着分子和分母有共同的因式(比如 $(xa)$)。通过因式分解,把这个共同的因式约掉,然后再代入,就能得到极限。

什么时候能用? 主要针对 $0/0$ 这种不定式,尤其是多项式或者包含根式的表达式。
举个例子(假设你的题目是 $0/0$ 的有理函数):
比如求 $lim_{x o 1} frac{x^2 1}{x 1}$。
直接代入 $x=1$,分子是 $1^2 1 = 0$,分母是 $1 1 = 0$,出现 $0/0$。
观察分子 $x^2 1$,这是平方差公式,可以分解成 $(x1)(x+1)$。
所以,原式等于 $lim_{x o 1} frac{(x1)(x+1)}{x 1}$。
当 $x o 1$ 时,$x eq 1$,所以我们可以把 $(x1)$约掉。
就变成了 $lim_{x o 1} (x+1)$。
现在再代入 $x=1$:$1 + 1 = 2$。
所以,极限是 $2$。

3. 分子有理化/分母有理化法: 当极限式子中包含根号,并且直接代入出现 $0/0$ 或 $inftyinfty$ 等不定式时,可以尝试用乘以共轭表达式的方法来“消灭”根号,达到约分的目的。

什么时候能用? 含有 $sqrt{a} pm sqrt{b}$ 或 $a pm sqrt{b}$ 等形式,且代入后出现不定式。
举个例子(假设你的题目是带根号的 $0/0$):
比如求 $lim_{x o 4} frac{sqrt{x} 2}{x 4}$。
直接代入 $x=4$,分子是 $sqrt{4} 2 = 2 2 = 0$,分母是 $4 4 = 0$,出现 $0/0$。
分子是 $sqrt{x} 2$,它的共轭表达式是 $sqrt{x} + 2$。
我们分子分母同乘以 $(sqrt{x} + 2)$:
原式 $= lim_{x o 4} frac{(sqrt{x} 2)(sqrt{x} + 2)}{(x 4)(sqrt{x} + 2)}$
$= lim_{x o 4} frac{x 4}{(x 4)(sqrt{x} + 2)}$
约掉 $(x4)$(因为 $x o 4$ 时,$x eq 4$):
$= lim_{x o 4} frac{1}{sqrt{x} + 2}$
现在代入 $x=4$:$frac{1}{sqrt{4} + 2} = frac{1}{2 + 2} = frac{1}{4}$。
所以,极限是 $1/4$。

4. 利用重要极限: 有些极限是经典且被证明过的,我们可以直接套用。最常见的是:
$lim_{x o 0} frac{sin x}{x} = 1$
$lim_{x o infty} (1 + frac{1}{x})^x = e$
$lim_{x o 0} (1+x)^{1/x} = e$

什么时候能用? 当你的极限式子经过变形后,能够套入这些重要极限的形式。
举个例子(假设你的题目是三角函数):
比如求 $lim_{x o 0} frac{sin(3x)}{2x}$。
我们想把它变成 $lim_{u o 0} frac{sin u}{u}$ 的形式。
令 $u = 3x$。当 $x o 0$ 时,$u o 0$。
原式 $= lim_{x o 0} frac{sin(3x)}{3x} cdot frac{3x}{2x}$
$= lim_{x o 0} frac{sin(3x)}{3x} cdot frac{3}{2}$
前面部分 $lim_{x o 0} frac{sin(3x)}{3x}$ 设 $u=3x$,就是 $lim_{u o 0} frac{sin u}{u} = 1$。
所以,极限 $= 1 cdot frac{3}{2} = frac{3}{2}$。

5. 洛必达法则(L'Hopital's Rule): 这是求导数的基础上的一个非常强大的工具。如果直接代入极限出现 $0/0$ 或 $infty/infty$ 两种不定式,那么可以对分子和分母分别求导,再求新的极限。但是要注意,必须是 $0/0$ 或 $infty/infty$! 并且,这是一个“无限循环”的法则,如果反复出现不定式,可以反复使用,直到得到确定的值。

什么时候能用? 出现 $0/0$ 或 $infty/infty$ 不定式。
举个例子(用洛必达法则求上面的 $lim_{x o 1} frac{x^2 1}{x 1}$):
原式是 $0/0$ 型。
分子求导:$(x^2 1)' = 2x$
分母求导:$(x 1)' = 1$
新的极限是 $lim_{x o 1} frac{2x}{1}$。
直接代入 $x=1$:$frac{2(1)}{1} = 2$。
结果和约分法一样。

再举个例子(用洛必达法则求上面的 $lim_{x o 4} frac{sqrt{x} 2}{x 4}$):
原式是 $0/0$ 型。
分子求导:$(sqrt{x} 2)' = (frac{1}{2}x^{1/2}) 0 = frac{1}{2sqrt{x}}$
分母求导:$(x 4)' = 1$
新的极限是 $lim_{x o 4} frac{frac{1}{2sqrt{x}}}{1} = lim_{x o 4} frac{1}{2sqrt{x}}$。
直接代入 $x=4$:$frac{1}{2sqrt{4}} = frac{1}{2 cdot 2} = frac{1}{4}$。
结果也一致。

6. 趋向无穷的处理: 当自变量趋向无穷大时,处理方法通常是提取最高次项,或者将分子分母同除以自变量的最高次幂。

什么时候能用? 当自变量(通常是 $n$ 或 $x$)趋向 $infty$ 或 $infty$ 时。
举个例子(假设你的题目是分式且 $x o infty$):
比如求 $lim_{x o infty} frac{3x^2 + 2x 1}{5x^2 4}$。
直接代入是 $infty/infty$ 型。
我们把分子分母同时除以 $x^2$(最高次幂):
原式 $= lim_{x o infty} frac{frac{3x^2}{x^2} + frac{2x}{x^2} frac{1}{x^2}}{frac{5x^2}{x^2} frac{4}{x^2}}$
$= lim_{x o infty} frac{3 + frac{2}{x} frac{1}{x^2}}{5 frac{4}{x^2}}$
当 $x o infty$ 时,$frac{2}{x} o 0$, $frac{1}{x^2} o 0$, $frac{4}{x^2} o 0$。
所以,极限 $= frac{3 + 0 0}{5 0} = frac{3}{5}$。

现在,请你把你的具体题目写出来,我好帮你分析是用哪种方法,或者组合使用哪几种方法。 越具体,我的解答也会越有针对性,也越能帮你理解透彻。

求解过程中的一些小贴士:

别怕犯错: 第一次尝试代入,即使是错误的不定式,也是一个重要的信息,告诉你接下来的路怎么走。
观察式子特征: 看看有没有根号?有没有指数?有没有三角函数?有没有分母?这些都会提示你用什么方法。
熟练基本公式: 因式分解(平方差、立方和差)、重要极限、导数公式,这些都是基础。
理解“趋近”的含义: 极限研究的是自变量“无限接近”某个值时函数值的变化趋势,而不是恰好等于那个值。所以,当 $x o a$ 时,$x eq a$,这给我们约分提供了依据。

我在这里等着你的题目,让我们一起把它解决了!

网友意见

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作换元 ,则 , ,计算得

因此

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