当前课程知识点:微积分(先修课) > 第一章 极限 > 1.6 两个重要的极限 > 1.6.2 两个重要的极限(2)
同学们大家好
欢迎来到大学先修课微积分课程
今天我们介绍
第一章极限
第六节
两个重要极限
1+x分之1的x次方
在x趋向无穷时的极限
是一个
1的无穷次方
型的幂指函数极限
关于这个结果
我们没有直接的
运算法则可以利用
在前面介绍
单调有界收敛定理时
我们曾经证明了
1+n分之1的n次方
在n趋向无穷时的极限
等于e
在这个极限问题中
极限变量n是离散的
在这一讲中
我们将
利用夹逼定理
再利用
极限变量离散时的结果
得到极限变量连续时的结论
也就是得到
1+x分之1的x次方
在x趋向无穷时的极限
也等于1
下面
我们来看
第二个重要极限
也就是
1+x分之1
它的x次方
在x趋向无穷时的极限情况
首先
我们考虑
这个表达式
在x趋向正无穷时的极限情况
在介绍数列极限时
我们曾经利用单调有界收敛定理
证明过
(1+n分之1)的n次方
在n趋向无穷时
它的极限是存在的
我们将它的极限值就记做e
我们为了用上
已知的结果
我们就
利用取整函数的定义
我们知道
x是大于等于x的取整
而小于等于x取整加1
我们给它做一个倒数
再加上1
我们就会得到
1+x分之1是
小于等于(1+[x])分之1
又大于等于1+(1+[x])分之1
我们在不等式的两端
同时求一个x方次
根据幂函数的单调性
我们就得到
(1+x分之1)的x次方
就小于等于
(1+[x]分之1)的x方次
也大于等于
(1+([x]+1))的x的方次
我们对这个不等式的右端
和这个不等式的左端
利用指数函数的单调性
我们进行放大和缩小
就会变成(1+x分之1)的x次方
应该就小于等于(1+[x]分之1)
它的取整次方
再乘上(1+[x]分之1)
同样我们将左边处理成
(1+([x]+1)分之1)的([x]+1)次方
再除上
(1+([x]+1)分之1)
那么在这个不等式的左端
和右端
我们利用已知的结果
就是(1+n分之1)的n次方
在n趋向无穷时的极限等于e
我们就知道
左边这个极限
在x趋向正无穷时
它是趋向于e的
而右边这个极限
在x趋向无穷时
它的极限也等于e
那么利用夹逼定理
我们就得到了
x趋向正无穷时
(1+x分之1)做x次方
应该是等于e的
为了得到我们的结果
我们再考虑
x趋向负无穷时的情况
我们做一个简单的变量替换
也就让x等于-t
那么
我们就将(1+x分之1)
它的x次方
就变成了
(1+(t-1)分之1)
做(t-1)次方
再乘上
(1+(t-1)分之1)
因为在x趋向负无穷时
t是趋向正无穷的
利用我们前面
刚刚得到的结果
我们就知道
在t趋向正无穷时
(1+(t-1)分之1)的(t-1)次方
极限就等e
而另外一个因子
在t趋向于正无穷时
极限等1
所以
这样我们就得到了
x趋向负无穷时的极限
仍然是e
那么根据
我们前面介绍
x趋向无穷时的极限
和x趋向正无穷
以及x趋向负无穷时的极限的关系
我们就证明了
我们这个极限
它是存在的
它的值就等于e
对于这个极限
我们有时也写作
(1+x)的x分之1次方
在x趋向于0时
它的值就等于e
在这个极限表达式中
底数是写成了1加上
一个趋向于0的东西
而指数应该是
这个趋向于0的表达式
的完全倒数
只要是这样的幂指函数
那么它的极限就等于e
下面
我们利用这个
极限的结果
来求
几个其它极限的值
第一个例题
我们求一下
(1+x分之m)做x次方
在x趋向无穷时的极限
这就是一个所谓的
幂指型的函数
在x趋向无穷时
它的底数是趋向于1的
指数趋向无穷
为了用上我们刚刚得到的
极限结果
我们就将
这个表达式
进行变形
我们给它写成
(1+x分之m)
做m分之x次方
为了保持恒等
我们再在这个基础上
再做m的方次
那么在这个中括号里面
在x趋向无穷时
这个表达式的值
它是趋向于e的
所以说我们要求的
这个极限的值
就应该是e的m次方
我们看第二道例题
我们求((x+5)除上(x+2))
它的(x+3)次方
在x趋向无穷时它的极限
对于这个幂指函数来说
我们容易判定
在x趋向无穷时
它的底数是趋向1的
指数仍然趋向无穷
为了用上我们的重要极限
我们对它进行变形
也就写成(1+(x+2)分之3)
我们在这做一个3分之(x+2)次方
为了保持恒等
在中括号外面
我们再做一个(x+2)分之3次方
注意到
原来它的方次是(x+3)
在这个形式下
中括号里面的表达式
在x趋向无穷时
它的极限就应该是e
而指数上它的分子是3(x+3)
分母是x+2
在x趋向无穷时
这个分式的极限就等于3
所以我们要求的极限值
就是e的3次方
下面我们来看第三道例题
我们求两个极限的值
第一个极限
是ln(1+x)除上x
在x趋向0时的极限
第二个极限是e的x次方-1
除上x
在x趋向0时的极限
我们先求第一个极限
我们知道(1+x)
它的x分之1次方
在x趋向0时极限等e
而且u的自然对数
在u趋向e时
极限就是e的自然对数
也就等于1
那么利用对数的性质
我们知道
我们要求极限的这个表达式
可以写成(1+x)的x分之一次方
求自然对数
那么利用复合函数的极限运算
我们最后的结果
应该就等于1
接下来
我们来求第二个极限的值
我们做一个简单的变量替换
就是令e的x次方-1等于t
那x=ln(1+t)
而且我们知道
当x趋向于0时
t也是趋向于0的
这样
我们就将我们要求的极限问题
转化成了极限t除上ln(1+t)
在t趋向于0时的极限
这应该就等于
第一个极限的倒数
也就等于1
利用我们第二个极限值
我们可以求出a的x次方-1
除上x
在x趋向于0时的极限
是等于lna
下面我们看第四道例题
求一下(1+sinx)做(2x)分之1次方
求在x趋向于0时
这个表达式的极限
在x趋向于0时
底数是趋向于1的
指数是个无穷大量
我们利用重要极限
我们就要做变形
也就是将这个表达式
化作(1+sinx)
做sinx分之1次方
为了保持恒等
我们指数上变成了(2x)分之sinx
我们知道在这个形式下
底数的极限就是e
而指数的极限
利用第一个重要极限
我们知道是1/2
所以我们要求的这个极限值
就等于e的1/2次方
我们来看第五道例题
函数的表达式
底数是cosx
指数是1除上sinx的平方
我们的极限过程是x趋向于0
在x趋向于0时
我们知道
底数是趋向于1的
指数是个无穷大量
我们同样
利用我们的重要极限
所以我们将
这个表达式进行变形
中括号里面我们写作
1+(cosx-1)
它的指数部分我们写作
1除上(cosx-1)
为了保持恒等
这个表达式的指数
我们写成
(cosx-1)
再除上sinx平方
在这个表达式中
大括号中的部分
极限就是e
而指数的极限
利用我们前面得到的极限结果
我们能够求出来
它的极限是-1/2
所以我们要求的极限值
应该是(根下e)分之1
下面我们看最后一道例题
我们假设将一笔本金P0存入银行
年利率是r
而且是以复利方式计息
我们先求一下到第t年末
将增值到Pt
那么Pt的值等多少
在这个题目中所谓的复利计息
就是将
每个存期的利息在存期末
再作为本金
再算入下一个存期
那么根据题意
将P0存入银行
一年末的本金和利息
加起来就是P1
P1=P0(1+r)
类似地我们将
第一年末得到的P1
再作为第二年的本金
存入银行
那么第二年末
它的本金和利息之和
P2=P0(1+r)的平方
类似地
我们就可以求得第t年结束之后
本金和利息之和
Pt=P0(1+r)的t次方
下面我们将这个问题做进一步的讨论
如果我们把一年
分成n个计息周期
这时每期的利率我们
可以认为是n分之r
而利用上面同样的方法
我们就可以推得
到了第t年
结束
那么它的本金和利息之和
Pt就变作P0(1+n分之r)
nt作为方次
如果我们让每年的计息的
次数n趋向于无穷
那么根据上面介绍的
重要极限
我们就能得到第t年结束之后
本金和利息之和它的变化趋势
也就是它的趋向应该就等于
P0乘上e的rt次方
这个结果就是我们简单的
连续计息时
本金与利息之和的计算公式
这也是连续计息时
复利的计算公式
在这一讲中我们介绍了
利用夹逼定理与(1+n分之1)
的n次方在n趋向于无穷时的
极限等于e
求得了(1+x分之1)的x次方
在x趋向无穷时的极限
也等于e的结论
并且给出了ln(1+x)除上x
在x趋向于0时的极限等于1
e的x次方减1
除上x
在x趋向于0时的极限等于1
以及a的x次方减1除上x
在x趋向0时的极限
等lna
这几个常用的极限结论
在处理1的无穷次方型的
幂指函数极限
和处理0比0的分式极限时
这几个极限结论都是我们常用的结果
在下一讲中我们将介绍
无穷小量和无穷大量的有关内容
谢谢同学们
下一讲再见
-0.1 绪论
--0.1.1 绪论
-1.1 极限概念引例
--第1.1节测试 极限概念引例
-1.2 极限的概念
--第1.2节测试 极限的概念
-1.3 极限的性质
--第1.3节测试 极限的性质
-1.4 极限的运算
--第1.4节测试 极限的运算
-1.5 夹逼定理与单调有界收敛定理
--第1.5节测试(1) 夹逼定理与单调有界收敛定理
--第1.5节测试(2) 夹逼定理与单调有界收敛定理
-1.6 两个重要的极限
--第1.6节测试 两个重要的极限
-1.7 无穷小量
--第1.7节测试 无穷小量
-2.1 连续函数的概念
--第2.1节测试 连续函数的概念
-2.2. 初等函数的连续性结论
--第2.2节测试 初等函数的连续性结论
-2.3 连续函数的性质
--第2.3节测试 连续函数的性质
-3.1 导数与导函数
--第3.1节测试 导数与导函数
-3.2 微分
--3.2.1 微分
--第3.2节测试 微分
-3.3 导数的运算
--第3.3节测试 导数的运算
-3.4 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
--3.4.1 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
--第3.4节测试 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
-3.5 高阶导数
--第3.5节测试 高阶导数
-4.1 极值和极值点
--第4.1节测试 极值和极值点
-4.2 微分中值定理
--第4.2节测试 微分中值定理
-4.3 洛必达法则
--第4.3节测试(1) 洛必达法则
--第4.3节测试(2) 洛必达法则
-4.4 函数单调性的判定
--第4.4节测试 函数单调性的判断
-4.5 函数的极值及其求法
--第4.5节测试 函数的极值及其求法
-4.6 函数的最值及其应用
--第4.6节测试 函数的最值及其应用
-4.7 曲线的凸性和拐点
--第4.7节测试 函数的凸性和拐点
-4.8 曲线的渐近线
--第4.8节测试 曲线的渐近线
-4.9 泰勒(Taylor)公式
--第4.9节测试 泰勒公式
-4.10 原函数与微分方程初步
--第4.10节测试 原函数与微分方程初步
-5.1 定积分问题举例
-5.2 定积分的概念
--第5.2节测试 定积分的概念
-5.3 定积分的基本性质
--第5.3节测试 定积分的性质
-5.4 微积分基本定理
--第5.4节测试 微积分基本定理
-5.5 定积分的几何应用
--第5.5节测试 定积分的几何应用
-5.6 定积分的物理应用
-6.1 换元积分法
--第6.1节测试 换元积分法
-6.2 分部积分法
--第6.2节测试 分部积分法
-6.3 有理函数的积分法
--第6.3节测试 有理函数的积分法
-6.4 定积分应用举例
--第6.4节测试 定积分应用举例
-6.5 反常积分
--第6.5节测试 反常积分
-7.1 无穷级数
--第7.1节测试 无穷级数
-7.2 正项级数
-7.3 比值判敛法和根式判敛法
--第7.3节测试 比值判敛法和根式判敛法
-7.4 一般项级数
--第7.4节测试 一般项级数
-7.5 幂级数
-7.6 函数的幂级数
--第7.6节测试 函数的幂级数
-7.7 泰勒级数
--第7.7节测试 泰勒级数
-7.8 幂级数的简单应用
-8.1 一阶可求解常微分方程
--第8.1节测试 一阶可求解常微分方程
-8.2 一阶线性微分方程
--第8.2节测试 一阶线性微分方程
-8.3 二阶线性常系数微分方程
--第8.3节测试 二阶线性常系数微分方程
-8.4 常系数微分方程简单应用举例
-期末考试
--期末考试说明
-期末考试--期末考试