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3.2.6
我们对乘除运算时
等价无穷小替换
用的已经比较熟练了
那么现在所有的矛头
都指向加减运算与指对数运算
我们赶快来练习一下
好 我们来先求解一下第一个小例子
这个x趋0 此时分子的极限是0
分母的极限也是0
我们把这种极限都叫做0比0型的极限
我们现在接触这种极限已经有两个类型了
还有一个和1有关的
1的无穷性
那么这个问题怎么处理呢
大家一看到这正切
中学里我们经常有一个口诀
切割画弦
正切余切 正割余割 画正弦余弦
那这时啊我们这样
画一个正弦余弦
把它写成sin比cos
那这样的话sinx就提取出来了
后边呢是cos分之1减1
我呢通分一下
就是cosx分之1减cosx
好 再除以x立方
我们整体除x的立方
接下来咱们办呢
我们看一看
当x趋0时
这时sinx我除一个x
剩下的是1减cosx
我除以个cosx
还有一个x的平方
前者比值极限是1
后者比值极限是2分之1
所以最终答案还是2分之1
那么极限的值是2分之1
那么这道题
有的同学可能不是这样做的
我们来看看有些同学是如何做的
有的同学呢
我们看一看
是这样做的
是将x趋向于0不变
那么这里边tanx减sinx比x的立方
有同学是这样考虑的
tanx比x的立方
我们减掉sinx比x的立方
我们不是有等价无穷小吗
x趋0时
tanx等价于x
sinx也等价于x
我用一下等价无穷小替换 可不可以呢
所以有的同学就这样做
当x趋向于0时
tanx等价于x
比上x的立方
sinx等价于x 比上x的立方
好 这一做差啊
这个答案应该是0啊
当然我们看到了这两种情况
所给出的结论是不同的
显然我们更赞同第一种计算方法
那么第二种计算方法
错在哪呢
我们来看一看
第二种方法啊
这里这个答案首先我们说这是不对的
那这里错在哪呢
你注意 当然第一个等号这里没有问题
我只不过把它分开了
我们大家知道等价无穷小替换
用于乘除是没有问题的
你现在这个整体
是在做加减运算
那么加减运算的时候
我们要想利用等价无穷小替换
必须得把它分成两个极限
实际上呢
你如果是这样去写啊
这实际上我中间相当于做了一件事
把它先看成了两个极限
就是x趋0时
tanx比上x的立方
减去x趋0时
sinx比x的立方
我们前面讲到过
如果我们想做等价无穷小替换
现在只能是乘除
那么整体现在是加减
我们首先要把它看成两个极限
而我把它看成两个极限
实际上是有要求的
也就是说这两部分至少有一部分
极限得要存在
这样我可以把一部分的极限求出来
整体的极限依赖于另一部分
那么大家看
现在糟糕了
为什么呢
tanx比x立方
这实际上极限是无穷
这个时候tanx等价于x
相当于x方分之1的极限是无穷
当x趋于0时
后面这个道理是一样的,也就是说呢
首先你把这个整体拆成两部分
这个运算是不对的
因为这两部分的极限均不存在
所以这第一步就相当于是错误
不能这么做的
然后第二步你代换了
这就更没有什么道理了
这就错上加错
这告诉我们什么事啊
我们前面讲的例子经常是错误的过程
得到正确的结论
有的同学啊还经常抱有一定的侥幸心理
那我错误的过程结论对就可以吧
你看看这个题
这就是错误的过程得到了错误的结论
这是十分危险的
所以我们要搞清楚
在加减运算中
什么时候可以利用等价无穷小替换呢
道理很简单
在加减运算中
如果我们想利用等价无穷小替换
我们得把这两个极限 先分开
看成乘除运算
这时我们才能够利用等价无穷小替换
那么我们能把这两部分分开
有一个最基本的原则
就是这两部分中
至少有一个极限存在
由四则运算法则
我们就可以把它分成两个极限
好 下面呢我们运用这个想法
再解决后面几个小问题
我们来看第二个小例子
求这个极限
那么这个极限呢
整体是乘除
这里e的x减1
当x趋0时
是等价于x的
所以在这呢
我直接换成x就没有问题
好 接下来大家看
根号下1加tanx
减根号下1减去tanx
这个做法就比较灵活了
做到这这个方法就比较多样了
那么 首先大家看分子是根号减根号
我们有一个方法
就是有理化的方法
分子分母都乘以两个根号相加
那么分子就变成了平方差
那就变成了2倍的tanx比x
当x趋0时极限是1
那么除此之外
我们还有什么样的方法来解决呢
我们这里不难想到
这样一个等价无穷小
就是α大于0
当x趋0时我们讨论过1加x的α次方减1
等价于αx
那么大家看到这个根号了
我显然呢 怎么做呢
要把它分子我两部分都减掉一个1
x分之根号1加tanx
减个1 减去
那么后一部分呢
我也是如此
根号1减去tanx减1
我们现在想要利用等价无穷小替换
那么我们刚才说了
需要把它看成两个极限
那能不能呢
在加减运算中
至少有一个极限存在
我就可以把它分成两个极限
整体这个极限的存在性
依赖于另一部分
我们大家看这
就这一部分而言
实际上当x趋0时
根号下1加tanx减1
是等价于2分之1tanx的
所以呢 我们大家来看一看
实际上这就可以分成两个极限
那么分成两个极限
我这里就可以利用等价无穷小替换了
所以这里第一部分
是等价于2分之1tanx比x
那么减去第二部分
毫无疑问
负的2分之1tanx比x
这时呢两部分最后就是tanx比x
极限是1
当x趋于0时
那这时我们这个过程
就是正确的过程
当然结论也是正确的
那么这为什么就可以换了呢
因为这两部分的极限
本身都是存在的
我可以把它分成两部分
两部分各自替换
下面我们来接着考虑第三个问题
当x趋于0时
求这个商的极限
这里x趋于0时分子的极限是0
分母的极限也是0
也属于0比0型的极限
那么这时我们应该用
哪一个等价无穷小替换呢
这里显然要用到的是x趋向于0时
e的x次方减1等价于x
好 我们来看
可以在这 x趋于0时
我们把e的tanx提取出来
这里就是e的x减tanx次方减1
比上x减tanx
当x不等于0
而接近于0时
x减tanx是趋于0的
而且x减tanx是不等于0
而趋于0的
这样符合复合函数运算的规则
我们可以直接利用等价无穷小替换
从而呢我们看
当x趋向于0时
这个e的tanx
当x趋0时
e的tanx是趋1的
我们愿意把它求出来也行
先放在这
那么这时这个表达式
它用等价无穷小替换
就是x减tanx
比上x减tanx
最后当然极限是1
我们这个过程目前看
是没有任何问题的
那当然有同学又这样想了
我能不能分子两个作差的项
分别减1
再用等价无穷小替换呢
有的同学说我在这预谋一下
怎么预谋呢
当x趋0 这个分子呢
把它写成e的x次方减1
我再减去一个e的tanx次方减1
分母呢是x减tanx
好 那你这么做吧
有同学要用一个等价无穷小替换了
那这时啊 你看
有同学这么做的
e的x减1等价于x
e的tanx减1等价于tanx
好 那这时啊
我呢是x减tanx比x减tanx
好 这个最后得1
大家看第一个等号没有问题
我分子两项都减了个1
这还是和原来相等的
但是到第二项
我要做等价无穷小替换
我就要把它分成两个极限才能做
这里能不能分成两个极限呢
这里啊
我们说糟糕
这是不能分解成两个极限
所以这一块是错误的过程
得到了正确的结论
为啥不能分呢
我们看一看就知道了
因为我们来看这一部分的极限
比方说你这一部分的极限
当x趋向于0时
e的x减1
比上x减tanx
那么我上下除以x来算一下这个极限
比方说我分子e的x减1除以x
分母呢是1减去tanx比x
这里要糟糕了
怎么糟糕了呢
分子的极限是1
而分母的极限是0
这个极限的值是无穷
后一部分也类似的讨论
极限也是无穷
那么你分成两部分 两个都是无穷
就不能分开啊
那这说明啊
这里这个替换是错误的
错误的过程巧合 巧了得到了正确的结论
但仍是错误的
好 所以这个问题
我们不能这样做
那当然有的同学说
那我为什么不可以做啊
如果你这样做啊
我还可以这样做呢
你这个tanx
如果你说这样可以
那我再等价于一个x好了
那干脆这个极限又得0了
那这时这就是错误的过程
得到错误的结论了
可见啊大家在加减情况下
运用等价无穷小替换
是要格外小心的
当然 这一部分内容
也仅仅是在大家初学微积分时
才常常会用到
那么到后边
这些问题
我们都可以规避掉
当我们学了泰勒公式之后
这些都是泰勒公式
最特殊的情况
好 我们把最后一个题目
再来讲解一下
第四问 极限过程呢是x趋于正无穷
大家发现了
x趋于正无穷
这两者都是趋于正无穷的
但是可惜了
这里是做差
如果是正无穷加正无穷
我们后边马上会提到正无穷加正无穷
其实还是正无穷
那么或者你正无穷减负无穷也是正无穷
但是呢这种情况 这种情况
我们就把它叫做无穷减无穷型的极限
所以这里我们到此为止
讨论了三种了
一个是0比0的
1的无穷 无穷减无穷
那么看这个问题怎么处理呢
我们还是由多项式的想法
当x趋于正无穷时
这里主要说了算的项是x方
当x趋于正无穷时
这里主要的项是x立方
那么我们还是谁说了算呢
我就把它给提取出来
这里实际上啊
我提取一个x出来就可以了
那么把x提取出来了
里边是谁呢
就是注意 这块提取的时候
一定要小心了
这里x是趋向的是正无穷
所以呢你根号里面
x也是大于0的
这里是1加上2比x
减去根号下
三次根号下里边我们就除以x的立方
1减x分之1
好 我们大家看
当x趋于正无穷时
那这个怎么处理呢
这时我们又要用到
刚刚的这个等价无穷小替换了
就是α大于0
x趋于0时1加x的α次方
等价于αx
好 我们看这时
这个x呢我在分子上
根号下1加x分之2
我给它减个1
这是一部分
好 我们减去x
根号下1减x分之1
也减去1
好 做到这
你说能不能利用等价无穷小代换呢
我想你应该有了结果了
答案当然是能
当x趋向于正无穷时
好 我第一部分用等价无穷小替换
它是等价于二分之一
2比上x
这是存在的啊 这个极限
所以当然 我可以分成两个极限
这是等价于负的2x分之1
好 最终我们来看看这个极限得多少
前者极限是1
后者极限是2分之1
最终 答案应为2分之3
这样我们就解决了这个例子
在这道题中
我们希望大家体会的是
加减运算时
什么情况下可以使用等价无穷小替换
大家千万不要利用错误的过程
得到正确的结论
-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