函数极限运算法则(也称极限的四则运算法则)是求解复杂函数极限的最基础、最关键的工具。
前提条件:假设当 x→x0(或 x→∞)时,函数 f(x) 和 g(x) 的极限均存在,且分别为:
limf(x)=A,limg(x)=B
在此前提下,以下法则成立:
- 加减法则:lim[f(x)±g(x)]=limf(x)±limg(x)=A±B
- 乘法法则:lim[f(x)⋅g(x)]=limf(x)⋅limg(x)=A⋅B
- 推论(常数提取):lim[c⋅f(x)]=c⋅limf(x)=cA (其中 c 为常数)
- 推论(乘方):lim[f(x)]n=[limf(x)]n=An (n 为正整数)
- 除法法则:若 B=0,则 limg(x)f(x)=limg(x)limf(x)=BA
注意:只有当拆分后的各个子极限都存在时,四则运算法则才能拆开使用。
在实际计算中,直接代入往往会遇到 未定式(如 00,∞∞,∞−∞,0⋅∞),需要根据不同类型采用相应的方法:
若 f(x) 在 x0 处连续,直接代入即可:
limx→2(x2+3x−1)=22+3(2)−1=9
当分子分母在 x→x0 时均为 0,通过因式分解约去零因子 (x−x0):
limx→3x−3x2−9=limx→3x−3(x−3)(x+3)=limx→3(x+3)=6
利用平方差公式消去根号:
limx→0x1+x−1=limx→0x(1+x+1)(1+x−1)(1+x+1)=limx→0x(1+x+1)x=21
自变量趋于无穷(x→∞)时,分子分母同时除以最高次幂:
limx→∞5x2−12x2+3x=limx→∞5−x212+x3=5−02+0=52
- 重要极限一:limx→0xsinx=1 (解决三角函数的 00 型)
- 重要极限二:limx→∞(1+x1)x=e 或 limx→0(1+x)x1=e (解决 1∞ 型)
符号说明:~(波浪号,Tilde)读作 “等价于”,表示当 x→0 时,符号左右两侧的表达式为等价无穷小(即两者的比值极限等于 1)。
当 x→0 时,常用等价替换:
- sinx∼x
- tanx∼x
- ex−1∼x
- ln(1+x)∼x
- 1−cosx∼21x2
法则:等价无穷小只能在乘除法中替换,加减法中不可直接替换。
适用于 00 或 ∞∞ 未定式,若分子分母均可导且导数比值的极限存在:
limg(x)f(x)=limg′(x)f′(x)