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同学们 大家好
欢迎来到大学先修课
微积分课程
今天我们讲
第四章
微分中值定理和导数的应用
第三节
洛必达法则
在极限求值问题中
除了0比0与无穷比无穷的
分式不定式
我们还有0乘无穷型
无穷减无穷型
1的无穷次方型
0的0次方型
以及无穷的0次方型
这些不定式
本讲将通过具体的例题
介绍求这些不定式的
极限值的一般方法
在前面
我们已经介绍了
0比0和无穷比无穷
两种形式的
不定式的求值方法
在极限运算问题中
除了0比0和无穷比无穷
两种不定式之外
我们还有
其他一些形式的的不定式
在这一讲中
我们来介绍一下
其他不定式的定值方法
首先我们来看一下
0乘无穷型和无穷减无穷型
不定式的定值方法
所谓的0乘无穷型
也就是在我们
极限求值过程中
我们求的是
两个函数乘积的极限
而在我们考虑的极限过程中
这两个函数
一个是无穷小量
一个是无穷大量
这样的函数乘积的极限
就称为是0乘无穷型
对这样的极限
我们的一般处理方法是
将其中一个因子做倒数运算
将它变成是
0比0或者是无穷比无穷的不定式
我们进一步对于这样的不定式
运用洛必达法则
来定出他们的值
下面
我们来看两个例题
我们来求下面两个极限
第一个我们求
x乘上π/2减arctanx
在x趋向正无穷时的极限
第二个我们来求
x除上x-1减掉1除上lnx
在x趋向1时的极限
对于第一个极限
在x趋向无穷时
我们知道
x是无穷大量
π/2减arctanx
他的极限是0
所以第一个极限
这就是一个
0乘无穷型的极限
我们来处理这个极限
我们将x除到分母上
也就变成了一个分式极限
分子是π/2减arctanx
分母是1/x
大家知道
在x趋向无穷时
这就是一个0比0型的分式极限
我们利用洛必达法则
对分子分母分别求导
整理就会变成
x平方除上1加x平方
在x趋向正无穷时的极限
这个极限我们知道
他是等于1的
也就是我们通过这种变形
利用洛必达法则
就得到了我们要求的
第一个极限的值等于1
下面我们来看第二个极限
第二个极限
这是两个函数做差
在x趋向1的时候取极限
我们知道在x趋向1时
x除上x减1是个无穷大量
1除上lnx也是一个无穷大量
所以第二个极限
就是无穷减无穷时的极限
对于这样的极限问题
我们一般处理的思路就是
通过变形
将它变成一个分式极限问题
我们来看具体的求解过程
我们对这两个分式进行通分
我们就得到
我们要求的极限是
x乘上lnx减x加1
这是分子
分母上是x减1乘上lnx
在x趋向1时
这一个分式的分子和分母
极限都是0
所以说这是一个0比0型的
不定式式极限问题
我们利用洛必达法则
对分子分母分别求导
我们知道
分子的导数是lnx
而分母的导数
是lnx加上1再减掉1/x
在x趋向1时
这一个分式
它的分子和分母
仍然都是趋向于0的
所以说这还是一个
0比0型的分式极限
我们再用一次洛必达法则
对它的分子分母分别求导
分子的导数是1/x
而分母的导数
是x分之一加上x平方分之一
在x趋向1时
分子的极限是1
分母的极限是2
我们利用除法运算
就得到了这个比值的极限是1/2
所以对于这一个
无穷减无穷型的不定式极限
我们通过这种变形
利用洛必达法则
就得到了他的值
下面我们来说一个
在0乘无穷型不定式极限定值时
需要大家注意的问题
因为两个函数乘积
我们将其中一个函数
做倒数运算时
是有不同的变形方式
对于0乘无穷型的不定式极限
一种可以转化成
0比0型的不定式极限
另外一种
可以转化成无穷比无穷型的
不定式极限问题
但是在具体求
极限问题时
两种转化形式在求值时
并不见得是等价的
下面我们看一个具体的例子
比如说x乘上lnx
在x大于0时趋向0时的极限问题
这就是一个0乘无穷型极限
如果我们将x做倒数运算
他就会变成lnx比上1/x
这一个分式在x趋向于0正时
它就是一个无穷比无穷型的分式极限
我们用洛必达法则
就会得到这个极限值是等于0的
所以对这个0乘无穷型极限
我们将x做倒数运算
就能利用洛必达法则
把他的值定出来
如果我们换一个思路
我们对lnx这一部分
做一个倒数运算
它就变成x除上1/lnx
在x大于0趋向于0时
这就变成了一个0比0型的
不定式极限问题
如果我们对于这个问题
利用洛必达法则
大家就会注意到
我们将分子分母分别求导之后
它变成了一个新的
0比0型的不定式极限问题
而这一个不定式极限
从形式上
应该说比原来的
0比0型不定式极限
还要复杂
这就说明
对这一个极限
我们第二种变形方式
在定值问题上
并没有取得什么进展
所以说我们将
0乘无穷型的极限进行变形
利用洛必达法则求值时
要灵活的选择
不同的变形方式
下面我们来看一下
其他三种不定式极限问题
也就是我们习惯上说的
0的0次方
1的无穷次方
和无穷的0次方型的不定式
这三种不定式
针对的都是一个所谓的
幂指函数的极限问题
我们一般的处理方法
就是对这个幂指函数
做对数运算
利用对数的运算性质
将它变成是两个函数乘积的
极限问题
做这种运算时
上面这三种不定式极限
都会转化成0乘无穷型的
那么利用咱们前面介绍的
0乘无穷型
不定式极限的定值方法
我们就有可能得到
我们要求的
幂指函数极限的极限值
下面我们也是通过
几个具体的例题
来说明一下
我们具体的求值方法
我们求下面三个极限值
第一个我们来求
cosx的x平方分之一次方
在x趋向于0时的极限
这个极限
在x趋向于0时
它的底数是趋向于1的
而他的指数是一个无穷大量
所以这就是1的无穷次方型的
一个不定式极限问题
第二个极限
我们来求sinx的x次方
在x大于0趋向于0时的极限
这是一个底数和指数
都是无穷小量的极限问题
所以这是一个0的0次方型的
不定式极限问题
第三个极限
在x趋向于正无穷时
它的底数是个无穷大量
指数是个无穷小量
所以这是一个无穷的0次方型的
不定式极限问题
我们来看具体的求值过程
我们将cosx的x平方分之一次方
记成y
我们求对数
我们就得到
y的自然对数就变成
cosx的自然对数
除上x平方
那么在x趋向0时
这就是一个0比0型的
分式极限问题
我们对他利用洛必达法则
也就是分子分母分别求导
我们就得到
分子的导数是-tanx
分母的导数是2x
这个分式
在x趋向于0时的极限
是负的1/2
也就是我们这样就求到了
y的自然对数
他的极限是-1/2
那么y的极限
也就是cosx的x平方分之一次方
在x趋向于0时的极限
就应该等于e的-1/2次方
下面我们看
第二个的具体求值过程
我们记sinx的x次方等于y
做对数运算
我们就得到y的自然对数
就等于x乘上sinx的自然对数
在我们考虑的极限过程之下
这是一个0乘无穷型的极限
所以我们将x做倒数运算
就变成sinx它的自然对数
除上1/x
这就变成一个
无穷比无穷型的分式极限问题
我们对这个分式极限
利用洛必达法则
分子分母分别求导
我们就会得到这是一个
新的分式极限问题
分子是x平方乘上cosx
分母是sinx
前面有一个负号
对于这个分式
我们将它整理成
x乘上cosx
再乘上x除以sinx
那么我们知道
x除上sinx它的极限是1
而x乘上cosx的极限是0
所以我们利用极限的乘法运算
就得到这个极限值等于0
那么我们要求的y的极限值
应该就等于e的0次方
也就等于1
下面我们来求第三个极限
我们就将1加x它的1/x次方记成y
我们做对数运算
就会得到lny就等于
1+x的自然对数除上x
那么在x趋向无穷时
这是一个无穷比无穷型的不定式极限
我们用一次洛必达法则
就能得到这个比值的极限应该等于0
或者是我们利用
在趋向无穷时
对数函数永远
比不过幂函数这个性质
我们也能得到
这个分式极限等于0
进一步我们就会得到
y在x趋向正无穷时的极限
应该就等于e的0次方
也就等于1
通过这三个简单的例子
我们就可以进一步体会
怎么样利用简单的代数变形
以及洛必达法则
来确定幂指函数得到的
不定式极限的极限值问题
最后我们通过一个例题
来结束这一讲的内容
例3
已知在x趋向于0时
e的x次方加上a乘上x平方
加上bx再加上c
与x减sinx是等价无穷小
我们来求这三个参数
a b c的值
这是一个利用洛必达法则
处理的简单综合的极限问题
我们来看它的具体求解过程
首先因为
在x趋向0时
第一个表达式
他的极限应该等于0
而根据极限运算
我们知道
这个表达式的极限是1加c
也就是说1加c要等于0
所以我们就求得c应该等于-1
接下来我们对第一个表达式求导
并考虑它的导数
在x趋向于0时的极限
我们容易得到
第一个表达式的导数
在x趋向于0时的极限
应该就等于1加b
如果1加b不等于0
那么我们将第一个表达式
与第二个表达式作比值
这就是一个0比0型的
不定式极限问题
那我们用洛必达法则
就会得到他的分子
和分母的导数之比
分子的导数极限是等于1加b
不等于0
而分母的导数是等于0的
也就是说这个导数之比
就是无穷大量
那么根据洛必达法则
就说明原来这两个函数之比
也是无穷大量
这就与我们的条件
这两个无穷小量等价是矛盾的
这个矛盾就说明
我们的1加b
一定要等于0
所以我们就得到b等于-1
同样的道理
在b等于-1时
我们对第一个表达式的导数
进一步再求一次导
并且求他的极限
我们就知道
第一个表达式
它的二阶导数的极限
应该是1加两倍的a
如果1加两倍的a不等于0
我们在前面讨论的导数比的基础上
进一步用洛必达法则
就会得到
它的二阶导数之比
是一个无穷大量
这样我们就知道
原来的函数之比
也是个无穷大量
它就与那个函数之比
极限等于1是矛盾的
所以我们就能得到
1+2a必须等于0
这样就得到了a应该等于-1/2
通过这种分析
我们就把三个参数的值
c等于-1
b等于-1
a等于-1/2
就得到了
当然作为一个练习
我们还可以验证一下
当a b c等于我们求出的值时
原来两个无穷小量
是不是真正的等价无穷小
也就是说
原来这一个0比0型的极限
是不是他的极限值就等于1
这时候我们连续利用
三次洛必达法则
就会得到
在 b c分别等于
-1/2 -1和-1时
原来这两个表达式比值的极限
就等于1
所以我们知道
我们要求的三个参数的值
就是我们前面得到的
-1/2 -1和-1
在这一讲中
我们介绍了求
0乘无穷型
无穷减无穷型
1的无穷次方型
0的0次方型
以及无穷的0次方型
不定式极限的方法
他们均可以通过
相应的代数变形
化为分式不定式
0比0型或者是无穷比无穷型
然后再利用洛必达法则
求极限值
至此
常见的不定式极限的定值方法
已经介绍完毕
同学们要通过做一定量的练习
准确熟练地掌握
这种求不定式极限的常用方法
下一讲将介绍
函数单调性的判别法
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