问题

各位大佬怎么求这道题的极限?

回答
看到这道题,我的脑海里立刻闪过了几种方法,这确实是一道考察极限基本功的好题。咱们一个个来捋捋,保证让它明明白白。

题目:

(请在这里插入你要问的具体题目,因为你没给出题目,我只能先按一个比较经典的类型来讲解,比如涉及三角函数或者指数函数。)

举个例子,我们来求这个极限:

$$ lim_{x o 0} frac{sin(2x)}{x} $$

咱们先别急着套公式,先感受一下当 $x$ 趋近于 0 的时候,分子和分母的情况。

分子 $sin(2x)$:当 $x o 0$ 时,$2x o 0$,所以 $sin(2x) o sin(0) = 0$。
分母 $x$:当 $x o 0$ 时,$x o 0$。

这就出现了典型的 $frac{0}{0}$ 型不定式。遇到这种情况,我们有很多工具可以使用,比如:

1. 重要极限法
2. 泰勒展开法
3. 洛必达法则

我个人比较喜欢先尝试重要极限,因为它概念清晰,而且很多问题都能迎刃而解。



方法一:利用重要极限 $lim_{u o 0} frac{sin(u)}{u} = 1$

这绝对是我们处理含 $sin(cdot)$ 函数极限的“秘密武器”。它的直观理解是,当角度非常非常小的时候,$sin( heta)$ 的值约等于它本身的角度(弧度制)。

思路分析:

我们要把题目中的表达式凑成 $frac{sin(u)}{u}$ 的形式。

在我们的例子里,分母是 $x$,而分子是 $sin(2x)$。注意到 $sin$ 函数里面是 $2x$,而分母却是 $x$。这里就差了一个系数 2。

操作步骤:

1. 观察分子和分母的“不匹配”之处: $sin$ 的“自变量”是 $2x$,而分母是 $x$。
2. 进行“配凑”: 为了让分母和 $sin$ 里面的自变量一致,我们可以在分子分母同时乘以 2。
$$ lim_{x o 0} frac{sin(2x)}{x} = lim_{x o 0} frac{sin(2x)}{x} cdot frac{2}{2} $$
3. 重新组合: 把常数 2 提出来,然后把 $frac{sin(2x)}{2x}$ 看成一个整体。
$$ = lim_{x o 0} 2 cdot frac{sin(2x)}{2x} $$
4. 换元(或直接代入): 我们可以令 $u = 2x$。当 $x o 0$ 时,$u = 2x$ 也趋近于 $2 cdot 0 = 0$。所以,原式就变成了:
$$ = 2 cdot lim_{u o 0} frac{sin(u)}{u} $$
5. 应用重要极限: 我们知道 $lim_{u o 0} frac{sin(u)}{u} = 1$。
$$ = 2 cdot 1 $$
6. 得出结果:
$$ = 2 $$

讲解说明:

这种方法非常直观且简洁。关键在于认准了 $frac{sin(cdot)}{cdot}$ 这个结构,然后通过乘除同一个数来完成“配凑”。这个 2 不是凭空来的,它是我们为了凑成重要极限形式“加”进去的,所以要“乘”回去,保证表达式的值不变。



方法二:泰勒展开法

如果你学过泰勒级数,这会是另一个非常强大的工具,尤其是在处理更复杂的函数组合时。

思路分析:

泰勒展开就是在某个点(通常是 $x=0$)附近,用多项式来近似一个函数。对于小的 $x$,$sin(x)$ 的泰勒展开式是:
$$ sin(x) = x frac{x^3}{3!} + frac{x^5}{5!} cdots $$

操作步骤:

1. 对分子 $sin(2x)$ 进行泰勒展开: 将 $x$ 替换成 $2x$。
$$ sin(2x) = (2x) frac{(2x)^3}{3!} + frac{(2x)^5}{5!} cdots $$
$$ sin(2x) = 2x frac{8x^3}{6} + frac{32x^5}{120} cdots $$
$$ sin(2x) = 2x frac{4}{3}x^3 + frac{4}{15}x^5 cdots $$
2. 代入原式: 将展开式代入到极限表达式中。
$$ lim_{x o 0} frac{sin(2x)}{x} = lim_{x o 0} frac{2x frac{4}{3}x^3 + frac{4}{15}x^5 cdots}{x} $$
3. 分子分项除以 $x$:
$$ = lim_{x o 0} left( frac{2x}{x} frac{frac{4}{3}x^3}{x} + frac{frac{4}{15}x^5}{x} cdots ight) $$
$$ = lim_{x o 0} left( 2 frac{4}{3}x^2 + frac{4}{15}x^4 cdots ight) $$
4. 求解极限: 当 $x o 0$ 时,除了第一项 2,其余包含 $x$ 的项都趋近于 0。
$$ = 2 0 + 0 cdots $$
5. 得出结果:
$$ = 2 $$

讲解说明:

泰勒展开的好处在于,它能显示出函数在某点附近的行为。对于极限问题,我们通常只需要保留最低次项(不含 $x$ 或 $x$ 次数最低的项),因为其他高次项在 $x o 0$ 时会迅速变为零。在这个例子里,$sin(2x)$ 最接近 0 的时候,就表现得像 $2x$ 一样。所以 $frac{sin(2x)}{x}$ 就近似于 $frac{2x}{x} = 2$。



方法三:洛必达法则

这个法则适用于 $frac{0}{0}$ 或 $frac{infty}{infty}$ 型不定式,它告诉我们,如果原极限是这两种形式之一,我们可以对分子和分母分别求导,然后求新极限。

前提条件:
1. 极限是 $frac{0}{0}$ 或 $frac{infty}{infty}$ 型。
2. 分子和分母在趋近点的邻域内可导。
3. 分母导数不为零。

操作步骤:

1. 确认形式: 我们已经知道,当 $x o 0$ 时,$sin(2x) o 0$ 且 $x o 0$,所以是 $frac{0}{0}$ 型,符合洛必达法则的条件。
2. 分别求导:
分子 $(sin(2x))'$ 对 $x$ 的导数是 $cos(2x) cdot 2 = 2cos(2x)$。(这里用了链式法则)
分母 $(x)'$ 对 $x$ 的导数是 $1$。
3. 代入新极限:
$$ lim_{x o 0} frac{sin(2x)}{x} = lim_{x o 0} frac{(sin(2x))'}{(x)'} = lim_{x o 0} frac{2cos(2x)}{1} $$
4. 求解新极限: 直接代入 $x=0$。
$$ = frac{2cos(2 cdot 0)}{1} = frac{2cos(0)}{1} = frac{2 cdot 1}{1} $$
5. 得出结果:
$$ = 2 $$

讲解说明:

洛必达法则非常“暴力”且直接,往往能快速解决问题。但需要注意的是,一定要确认极限形式符合条件,否则结果可能是错的。同时,在应用洛必达法则时,要对求导的规则非常熟悉,特别是链式法则。



总结一下:

这三个方法殊途同归,都得到了正确的结果 2。

重要极限法 最为基础和经典,理解了它,很多题目都能轻松应对。
泰勒展开法 更具普适性,是处理复杂函数极限的高级技巧。
洛必达法则 最高效,但要注意使用前提。

希望我的讲解够详细,能让你把这道题的思路吃透。如果你的题目不是这个例子,但形式类似,也可以套用这些思路来解决。

最关键的是,当你拿到一道极限题时,先别慌,观察一下当自变量趋近某个值时,分子分母各自怎么变化,判断属于哪种“型”,然后选择最趁手的工具去解决。

网友意见

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由条件知对于 ,当 的绝对值充分小时有 。对于这样的 有 。对 求和:

由此得证(

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