高等数学中极限求解方法研究

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  摘要:函数极限是高等数学的重要构成部分,它贯穿高等数学的始终,本文对高等数学课程中常用的定义法、函数连续性、两大重要极限、洛必达法则等求极限的方法进行了分析,结合不同的求极限例题进行对比研究。
  关键词:高等数学;函数极限;洛必达法则
  1 用定义法求函数的极限
  用极限的ε-δ定义证明函数极限问题时,关键的一点是找出δ,必要时可先将x限定在某一取值范围之内再进行讨论.
  定义1设f为定义在[m+∞]上的函数,A为定数,如果对任给的ε>0存在正数(x≥m),使得当(x>X)时有: ,则称函数f当x趋于 +∞时以A为极限,记作
  下面列举一个应用ε-X定义来求取函数极限的例子。
  例1:用极限定义证明
  证:由
  任给ε>0,取δ=ε,则当 时,就有
  由函数极限的ε-δ定义有:
  2 利用连续性求函数极限
  由于一切初等函数在其定义域范围内都连续,所以求初等函数在其定义域内某点x0处的极限,可直接用 来求取。
  但是若x→x0,函数f(x)在点x0是间断点,则不能直接代入数值计算。而应根据具体函数的特征,对它进行适当的变形,这样再去利用函数的连续性求极限即可。
  下面举个具体的例子来探讨一下,如何利用连续性来求函数极限的问题.
  例2 求极限
  解:
  由连续性可知如果函数f(y)在y=y0点连续,就有 ,且 是有理函数,分母是 .因此,它是(-∞,+∞)上的连续函数。
  3 利用两个重要极限求函数的极限
  我们所熟悉的两个重要极限是:
  公式中的x都可以看作整体来对待。
  其中,第一个重要极限是“ ”型;第二个重要极限是“I∞”型。
  在利用重要极限求函数极限时,关键在于把要求的函数极限化成重要极限的标准型或者它们的变形,这就要抓住重要极限公式的特征,并且能够根据它们的特征,辨认它们的变形。
  这个问题很多同学在拿到题目的时候就会想到重要极限公式,不假思索的就写出它的极限为1。但是我们仔细的分析一下,在问题中我们首先把其转化为 ,令 ,极限变为 ,可以看到这个问题中的自变量的变化趋势与 是不同的,所以不能利用重要极限来求。
  解因为 是一个有界量,而x是x→0时的无穷小,所以 。
  4 利用洛必达法则求函数的极限问题
  定理( 型未定式,x→a)设函数f(x)、g(x)在a点邻域内有定义(点a本身可以除外),且满足:
  (2)f(x)、g(x)在点a的一某邻域内(a本身可以除外)均可导,且g(x)’≠0,
  则当 存在(或为∞)时, 亦存在(或为∞),且
  定理 设函数f(x)、g(x)在点a邻域内有定义(点a本身可以除外),且满足:
  (2)f(x)、g(x)在点a的一某邻域内(a本身可以除外)均可导,且g(x)’≠0,
  则当
  且 .
  利用洛必达法则求未定式的极限,是一种简便而又有效的方法,前面出现的许多极限都可以利用此法则.但使用时,要注意适当地化简、换元,并与前面的其他方法互相结合使用,这样便可大大的简化极限的运算。
  在使用洛必達法则时,应特别注意以下几点问题:
  (1)洛必达法则在求极限的时候要求函数存在导数,且导数商的极限存在。
  (2)洛必达法则可以连续使用,但是每次必须检验是否属于“ ”型或者“ ”型未定式。如果不是,就不能使用洛必达法则。
  (3)在求极限的过程中,有可约的因子或者极限不是零的因子,可以先约去或从极限符号内取出。
  (4)不是任何未定式的极限都可以用洛必达法则求出极限。也就是说洛必达法则有时失效。
  下面列举一些具体的利用洛必达法则解决函数极限的问题.
  例6 求极限 .
  解这是一个 型的极限,满足洛必达法则的条件,注意两次使用洛必达法则,得
  由于函数f(k=)ek,g(k)=3k2均满足洛比达法则的条件,故再次利用洛比达法则得
  尽管洛必达法则是求未定式极限的一种非常有效的方法,许多极限题目用了洛必达法则能很快得出结果,但是必须指出的是该法则并不是万能的。对有些题目如使用法则求导后出现极限不存在的现象,法则就失效了,应改用其它求极限方法。
  例如:当y→0时,函数中含有 时或当 函数中含有siny或cosy时.
  但由于所举例题有限,不可能将各种情况都提到。如果使用洛必达法则解题时,过程越来越烦且前景不太乐观,就要及时停止,改用其他方法。因此在碰到具体问题时,还需根据实际情况灵活应用洛必达法则及其他方法求出其极限。
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