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拾数笔记

函数极限运算法则与计算

系统梳理函数极限的四则运算法则与复合运算法则,汇总求解未定式极限的 7 种核心计算方法与常见易错点。

专转本 1 分钟阅读
微积分极限运算法则清单,纸上罗列多条极限基本运算定理
微积分极限运算法则清单,纸上罗列多条极限基本运算定理

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 xx0x \to x_0(或 xx \to \infty)时,函数 f(x)f(x)g(x)g(x) 的极限均存在,且分别为:

limf(x)=A,limg(x)=B\lim f(x) = A, \quad \lim g(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\lim [f(x) \pm g(x)] = \lim f(x) \pm \lim g(x) = A \pm B
  • 乘法法则lim[f(x)g(x)]=limf(x)limg(x)=AB\lim [f(x) \cdot g(x)] = \lim f(x) \cdot \lim g(x) = A \cdot B
    • 推论(常数提取)lim[cf(x)]=climf(x)=cA\lim [c \cdot f(x)] = c \cdot \lim f(x) = c A (其中 cc 为常数)
    • 推论(乘方)lim[f(x)]n=[limf(x)]n=An\lim [f(x)]^n = [\lim f(x)]^n = A^nnn 为正整数)
  • 除法法则:若 B0B \neq 0,则 limf(x)g(x)=limf(x)limg(x)=AB\lim \frac{f(x)}{g(x)} = \frac{\lim f(x)}{\lim g(x)} = \frac{A}{B}

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\frac{0}{0}, \frac{\infty}{\infty}, \infty - \infty, 0 \cdot \infty),需要根据不同类型采用相应的方法:

f(x)f(x)x0x_0 处连续,直接代入即可:

limx2(x2+3x1)=22+3(2)1=9\lim_{x \to 2} (x^2 + 3x - 1) = 2^2 + 3(2) - 1 = 9

当分子分母在 xx0x \to x_0 时均为 0,通过因式分解约去零因子 (xx0)(x - x_0)

limx3x29x3=limx3(x3)(x+3)x3=limx3(x+3)=6\lim_{x \to 3} \frac{x^2 - 9}{x - 3} = \lim_{x \to 3} \frac{(x-3)(x+3)}{x-3} = \lim_{x \to 3} (x + 3) = 6

利用平方差公式消去根号:

limx01+x1x=limx0(1+x1)(1+x+1)x(1+x+1)=limx0xx(1+x+1)=12\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{1+x} - 1}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{(\sqrt{1+x} - 1)(\sqrt{1+x} + 1)}{x(\sqrt{1+x} + 1)} = \lim_{x \to 0} \frac{x}{x(\sqrt{1+x} + 1)} = \frac{1}{2}

自变量趋于无穷(xx \to \infty)时,分子分母同时除以最高次幂:

limx2x2+3x5x21=limx2+3x51x2=2+050=25\lim_{x \to \infty} \frac{2x^2 + 3x}{5x^2 - 1} = \lim_{x \to \infty} \frac{2 + \frac{3}{x}}{5 - \frac{1}{x^2}} = \frac{2 + 0}{5 - 0} = \frac{2}{5}

  • 重要极限一limx0sinxx=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1 (解决三角函数的 00\frac{0}{0} 型)
  • 重要极限二limx(1+1x)x=e\lim_{x \to \infty} \left(1 + \frac{1}{x}\right)^x = elimx0(1+x)1x=e\lim_{x \to 0} (1 + x)^{\frac{1}{x}} = e (解决 11^\infty 型)

符号说明~(波浪号,Tilde)读作 “等价于”,表示当 x0x \to 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)。

x0x \to 0 时,常用等价替换:

  • sinxx\sin x \sim x
  • tanxx\tan x \sim x
  • ex1xe^x - 1 \sim x
  • ln(1+x)x\ln(1+x) \sim x
  • 1cosx12x21 - \cos x \sim \frac{1}{2}x^2

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\frac{0}{0}\frac{\infty}{\infty} 未定式,若分子分母均可导且导数比值的极限存在:

limf(x)g(x)=limf(x)g(x)\lim \frac{f(x)}{g(x)} = \lim \frac{f'(x)}{g'(x)}

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