当前课程知识点:高等数学习题课 > 第三章 函数极限 > 第2节 复合函数的极限 Cauchy收敛准则 无穷小量与无穷大量 > 例3.2.5
下面我们来看这个例子
这个例子仍让我们求极限
但是在这个例子中
我们看到了都是三角函数
以及反三角函数的相关题目
那么遇到这样的三角函数
以及反三角函数我们应该如何处理呢
我们逐个来看一看
首先呢我们看到了这有2分之π
减arctanx
那么遇到这个问题
我们应该首先将它化解一下
我们可以令2分之π减arctanx等于u
那么我们看也就是arctanx
它就是2分之π减u
从而呢也就是tan2分之π减u
就是x
由诱导公式也就是cotu等于x
那也就是呢
tanu是等于x分之1的
这里注意到x是趋向于正无穷的
所以我们可以有保号性
认为x是大于0的
那么arctanx就在0到2分之π之间
2分之π减arctanx
也在0到2分之π之间
也就是u在0到2分之π之间
现在我们得到了tanu得x分之1
那么我们看u应该得谁呢
也就是说这里的u
就应该是arctanx分之1
从而我们现在要求这个极限
就方便多了
实际上它就是x趋于正无穷
注意了 2分之π减arctanx
就化简成了arctanx分之1
注意x趋于正无穷
x分之1是不等于0
而趋向于0
此时我可以用等价无穷小代换
arctanx分之1
等价于x分之1
从而极限得1
这样我们就求解好了第一个问题
遇到反三角函数时
我们有的时候要对这个反三角的表示
进行一些整理与化简
这样把它化简成
我们易于利用等价无穷小代换的形式
接下来我们再来看一下第二个问题
实际上和第一个问题的想法
是类似的
这里遇到arctanx比x加1减4分之π
我们需要先进行化简
同样的我们令u等于arctanx加1比x再减4分之π
也就是arctanx加1比x
等于u加4分之π
好 大家注意了
我现在先讨论一下u的范围
这里x是趋于正无穷的
x加1比x是大于1的
所以arctan呢实际上是4分之π到2分之π
减去4分之π
那么这里呢
实际上u它的范围是0到4分之π
下面两边我们取正切
也就是x加1比x
等于右边的tanu加1
比上1减去tanu
接下来我们整理一下
那么我希望求解出tanu得多少
我们看一下
这个x和tanu一乘是x倍的tanu
这一边交叉相乘
有一个负x
所以等式移到右边是2x倍的tanu
那么我们再看这个x乘以1
与这个x乘以1
实际上就抵消掉了
我们还看看还剩哪些量
它们相乘之后呢
还剩一个常数
所以最终我们就得到了
那么我们接下来需要从这个表达式中
解出tanu
在这呢大家不难看出来
你整理一下
这个tanu的值
实际上就是2x加1分之1
那么这时我就可以解出u的值了
是arctan2x加1分之1
所以我们化简完了呢就可以整理了
这就是x趋于正无穷
arctan2x加1分之1
再乘以外边有一个根号下x方加1
最终x趋向于正无穷
2x加1分之1是不得0而趋于0的
arctan2x加1分之1
等价于2x加1分之1
这样呢最终就变成了根号下x方加1
比上2x加1的极限
这个极限值
大家容易看出来
当x趋于正无穷时是2分之1
从而呢我们在这就直接写上一步
答案就出来了
下面我们接着看第三问
第三问呢
这里是x方分之1减去一个连乘
这个连乘是cosx乘到cosn倍的x
其中n是某一个正整数
x呢 是趋0的
这是极限过程
那么这里显然大家看出来
似乎要用到1减cosx等价于2分之1x方
好 我们来看一看
这里我们要计算这个极限
当然和1减cosx等价于2分之1x方有关
那么这里啊
我们如何把cosx提取出来
这里呢 cosx和后边的cos2x
cosnx都相乘了
所以在这呢
我们打一下这个1的主意
首先呢我们把这个1重新写一下
把这个1看成sinx的平方
加cosx的平方
后边减cosx cos2x cosnx
然后呢这个整体比上x方
那么我不妨第一部分比一个x方
第二部分呢 再比一个x方
我呢 把这个加号给它向下移
看成两个分式
注意到前面这一部分
当x趋于0时
sinx比x 它的极限是存在的 是1
那么平方之后呢
极限还是1
在前边四则运算时
我们提到过
做加减运算时
如果某一部分的极限存在
我们可以先求解出来
整体这个极限的存在性
依赖于后边这一部分
那么前面这个极限是等于1的
后边这个极限呢
我们看到了 这里有一个公共的项
cosx提出来
这里还剩一个cosx减去cos2x
cos3x一直到cosnx
再除以x的平方
大家看这 当x趋于0时
cos0是得1的
我们前边在四则运算中
也讲过 乘除运算中
某一部分的极限是存在且不等于0的
我们可以先求出来
那么这个极限呢
我就写成了1加上
因为cos0得1啊
我就不写了
这里呢分子就剩下了这个表达式
那我这样做
cosx我减一个1除一个x方
后边呢我加上一个1
再减cos2x cos3x
一直到cosnx 再除以x方
大家看这一部分极限是存在的
我们当然在加减运算中
还是可以先求出来的
等于1加上
那么这一部分的极限呢
cosx减1等价于负2分之1x方
所以呢我们把负2分之1写这
这是这一部分极限
那么加上谁呢
剩余这一部分 x趋于0
是1减去cos2x cos3x
一直到cosnx
再比上一个x方
做到这个位置
大家看到了我现在所剩余的
这一部分极限中
相当于就是把cosx给运算没了
只剩下cos2x cos3x一直到cosnx了
那么我想一定能够猜出来
接下来我们又要怎么做
接下来呢
等于1加负2分之1先不动
我们再写一步啊
估计就可以推出这个一般的情形了
把这个1看成sin2x它的平方
加cos2x它的平方
然后再减cos2x cos3x cosnx
好 那这时我还是这除一个x方
后边也除以一个x方
我们把这个加号呢
变成两个分式相加好了
好 这是这一部分
现在这个极限的值就是1加上负2分之1
好 这一部分极限是存在的
sin2x等价于2x
所以这里实际上这个极限
就是2的平方
而后边这个极限
我们按照前面的方法
提取一个cos2x出来
这样x趋0时
cos2x极限是1我可以先算出来
还剩谁呢
这里分子是cos2x减去剩下就是cos3x了
一直乘到cosnx
那我在这这样处理
cos2x减个1
比上一个x方
加上一个1减去cos3x
cos4x一直到cosnx
我呢 再除以一个x的平方
当然 我们现在就关注这个极限
这个极限显然也是存在的
我们可以先求
这里大家注意了
当x趋向于0时
1减cos2x
那么2x也是不等于0而趋向于0的
它等价于的是2分之1括号2x的平方
所以呢这块还是自动的求极限是带一个负号
它应该等于1加2方加上
后边这个呢
首先是负2分之1
然后后边是极限是负的2分之1
乘以2的平方
剩余的部分是x趋向于0时
分子是1减cos3x cos4x
一直到cosnx
再除以x的平方
最终呢 我们实际上是可以发现的
这个答案其实呢
有两部分构成
一部分是1方加到n方
还有一部分是负2分之1倍的1方加到n方
所以呢我们把它整理到一起
是1减2分之1倍的1方加2方
一直加到n方
当然了 它就等于2分之1倍的
我们中学是学过这个公式的
1方加到n方
是6分之1 n n加1 2n加1
从而呢我们整理一下
也就等于12分之1倍的n
n加1
以及2n加1
好 这道题对大家的要求就较高了
事实上想比较好处理这个问题
我们需要大家对三角函数公式
有较灵活的运用
这里我们特别提一句
在中学里边
我们大家对很多三角函数公式
现在的要求并不是太高
那么在微积分里边
有一些公式是我们后边的基础
比方说在三角函数中
大家要掌握的应该有两角和
两角差 二倍角公式
三倍角公式
以及半角公式 万能公式
积化和差 和差化积等等
如果大家对这些公式不熟悉
请大家自行翻阅相关的资料
-课程序论
--课程序论
-第1节 集合的界与确界
--集合的界的概念
--例1.1.1
--确界的定义
--例1.1.2
--例1.1.3
--例1.1.4
--例1.1.5
--例1.1.6
--例1.1.7
-第1节 练习题--作业
-第2节 函数的性质
--映射与函数定义
--反函数
--例1.2.1
--例1.2.2
--例1.2.3
--例1.2.4
--例1.2.5
--例1.2.6
--例1.2.7
--函数的性质
--例1.2.8
--例1.2.9
--例1.2.10
--例1.2.11
--例1.2.12
--例1.2.13
--例1.2.14
-第2节 练习题--作业
-第3节 几个不等式
--不等式
--重要不等式
-第1节 数列极限的定义
--数列极限的定义
--例2.1.1
--例2.1.2
--例2.1.3
--例2.1.4
--例2.1.5
--例2.1.6
--例2.1.7
--子数列的极限
--例2.1.8
--例2.1.9
--数列极限的性质
--例2.1.10
--例2.1.11
-第2节 数列极限存在的充分条件
--四则运算法则
--例2.2.1
--例2.2.2
--例2.2.3
--夹挤准则
--单调有界定理
--重要极限
--例2.2.4
--例2.2.5
--例2.2.7
--例2.2.8
--例2.2.10
--例2.2.11
--例2.2.12
--无穷大量
--例2.2.13
-第2节 练习题--作业
-第3节 实数理论
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--区间套定理
--定义总结
--例2.3.1
--例2.3.2
--例2.3.3
--例2.3.4
--例2.3.5
--例2.3.6
--例2.3.7
--例2.3.8
--例2.3.9
-第一次单元测试--作业
-第1节 函数极限的定义与性质
--例3.1.2
--例3.1.3
--例3.1.4
--例3.1.5
--例3.1.6
--例3.1.7
--海涅定理1
--海涅定理2
--例3.1.8
--例3.1.9
--例3.1.10
-第1节 练习题--作业
-第2节 复合函数的极限 Cauchy收敛准则 无穷小量与无穷大量
--复合函数的极限
--例3.2.1
--例3.2.2
--例3.2.3
--例3.2.4
--例3.2.5
--例3.2.6
--Video
--无穷大量
--例3.2.8
--例3.2.9
--例3.2.10
-第2节 练习题--作业
-第二次单元测试--作业
-第1节 函数的连续性
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-第1节 练习题--作业
-第2节 闭区间连续函数的性质
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-第2节 练习题--作业
-第3节 函数的一致连续性
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-第3节 练习题--作业
-第三次单元测试--作业
-第1节 数项级数
--引言
--例1
--例2
--例3
--例4
--例5
--例6
--例7
--例8
--例9
--例10
--例11
--例12
--例13
--例14
-第1节 重积分(6月14日之前看完)
--例3.1.2
--例3.1.3
--例3.1.4
--例3.1.5
--例3.1.6
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-期末考试--结课考试