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高数——求极限的方法

求极限的方法:

1.普通求极限

我们知道求极限的考点往往都是考分子分母型的,因为这样可以有效利用等价/高阶/低阶无穷小的理论,即使求极限是加减乘的类型,我们也尽可能要转化为除法的类型(这就是七种未定式),然而,知道这些还不够,因为考研是一项选拔性考试,不是水平考核性质的考试,学会将应对水平考试的态度和习惯转化为应对选拔性考试十分重要,在此基础上,要清楚的认识到,高数教科书上的题只是最基本的,要应付考研,需要有更深入的思维。在求极限方面也是一样(所以最基本的洛必达法则一般用不上)。

例题一、

面对这道题,用等价/高阶/低阶无穷小显得不能用(因为是趋近于无穷),但是,我们就要比谁更大,即寻找最大项(张帆老师把这个叫“大哥理论”),然后使用无穷大替换(即用最大项替换全部),在 的时候,分子分母的最大项是幂次最高项,在 的时候分子分母的最大项是幂次最低项,所以对这道题来说,我们应该寻找幂次最高项,对分子来说, 和 是同一幂次的,所以,最大幂次是1,所以我们就把边上那个1和根式里面的 忽略掉就行了,对于分母来说,最大幂次也是1,至于 的幂次,因为 始终是小于等于一的,所以可以把他的幂次当作是常数,也就是0,可以忽略掉,这样一来公式就变成了

由于 是趋向于负无穷的,所以原式等价于 也就是1。

例题二、

基本操作, 里的东西减去个1然后等价无穷小替换.

变成了

我们知道,等价/高阶/低阶无穷小替换的本质其实是转化为幂函数的形态,所以为了在0处能够把sinx和cosx转化为幂函数,在加减法的环境下应用等价无穷小,就要用到麦克劳林公式(平时老师说不能在加减法情况下应用等价无穷小是因为精度不够,应用了麦克劳林公式就能确保精度,那么到底要展开到哪几项呢?因为分子分母的最大项精度要保持一致才能互相消去,比如这道题就要分母上下可以同时展开到 的一次幂就能互相消去。),其中 的展开是 而 的展开是 ,所以 保留最大项目 , 保留1,而分子中的 也可以展开为 (这里用到了一个展开公式 ( 当然你直接用麦克劳林也行,只不过用公式会更快一点),由于分母最大项是1次幂,所以保留 即可这样原式就变成了

例题三、

这道题需要用到一个小技巧,即 ,则分母变为 , 在 的时候接近于e,由于非零因式直接带入原则所以可以去掉,剩下来的用以上两个例题的技巧可以轻松解决(事实上,类似 这样的式子有一个特点,那就是 型,这一类型的极限一般是提取一个公共因子使得成为 类型)。

例题四、

由于是 所以可以用泰勒公式展开得到:

例题五、

这里要注意 的时候分为 和 两类, 的时候,先等价无穷小替换,得到 以及 原式变成

而 的时候原式变成了 这个时候要求趋向于无穷的时候,虽然幂函数不适用于这种情况,但幂函数找最大项的本质是无穷大替换,所以我们可以用到速度的阶的理论,在x趋向于无穷或者0的时候,指数函数>>幂函数>>对数函数,这个式子里ln里的1完全可以被替换掉,因此原式就变成了

同理,以下极限也可以应用这个理论,用一个因式替换全部:

例题六、

遇到有 的式子,可以先想办法合并

例题七、

第一步先通分化为乘除法得到

此时,分母无穷小替换得

此时,我们可以想到,分子的最大项为次数最小的项,通过对分子进行麦克劳林展开可以发现, 次数最小的项不是 就是 ,当然由于 被消掉了,因此展开得到分子:

注意,这里有些同学可能觉得分子化到 就够了,没必要化到 项,事实上,因为分母的最小项是 ,所以分子务必也要化到 来确保精度。

例题八、

遇到 的时候要首先想到平方差公式来化简,如在这道题使用平方差公式化简后变成

例题九、化幂指函数为对数

这一类的题比较特殊,比如下面这道题会有同学将两个重要极限之一 带入求得答案1,事实上,这个答案是错误的,正确的答案是1

设函数 在 的某领域内有定义,且 ,求

用同样方法化为对数做。

例题十、

某些函数等价无穷小也比较难替换,可以用拉格朗日中值定理来等价无穷小替换

数列极限:

从而

例题十、综合应用

这一类较为繁琐,可能同时用到变限积分、泰勒、等价无穷小、洛必达,一般做题的顺序是先等价无穷小、再泰勒、最后用洛必达,中间化简的过程中遇到极限为常数的因子直接带常数。

首先令 化简变限积分得到 提出 得到

使用等价无穷小替换 并使用常数替换极限为常数的因子 得到

使用泰勒公式得到

最后使用洛必达法则

下面附上一些常用泰勒展开和等价无穷小,考试的时候务必要记住:

其中 ①式减②式可以得到

1减③式可以得到

④式减1可以得到

⑤式减1,可以得到

还有一些要记住

2.变限积分求极限

一句话,变限积分求极限,一般用洛必达法则,既然应用了洛必达法则,那么变限积分的求导一定又是过不去的一道坎。这个我打算放到求导那章整理。

此外,某些变限积分的极限化简可以用泰勒公式来简化.

例1

这道题常规做法是用洛必达化为

实际上用泰勒展开也可以做

例2

原式

例3

这道题分母为1,不能用洛必达,又是趋于无穷不能用泰勒,只能用夹逼准则了。

当 时 趋于0且单调递减

故当 时有

由于 可以被当作常数

由于上式左右两端在 时候的极限都为0

故由夹逼准则

3.数列求极限

数列求极限的方法主要用到了夹逼准则、单调有界准则、化为定积分求解

例题1:

证明:(1)

(2)设 ,则数列极限存在

解:

(1)遇到有根式的分母,首先想到的是分子分母有理化,不等式左右两侧分母无法进一步有理化,只能分式中间开始有理化,同时乘以 ,使用平方差公式得到:

变形得到:

上式很容易看出成立。

(2)数列极限,要用到单调有界准则,至于怎么用,第一问给了提示。首先判断数列的单调性,让

故数列单调递减,这样只要证明数列大于某个数就行了,由第一问的结果可以将数列放缩为:

故 有界,则 有极限。

例题2:

设数列 满足: ,证明 收敛,并求

解:可以用拉格朗日证明数列的单调性

由于 单调,故 单调递减

由于 的具体公式没有给出,而仅仅只给出了 ,所以采用数学归纳法。

当 时,

假设 时

当 时

故对所有 都有

由于 单调有界,故有极限。

这个时候,不妨设极限为一个常数

故由

得到

求得 ,故极限为0。

例题3:

求极限

这个要用到夹逼准则,而这种无穷数列恰好又能化为定积分。

变形

转化为积分

从而得到极限为 即

例题4:

这题一开始想到夹逼准则,但是实际上不太行,正确思路是化为定积分

原式=

例题5:

当 时,

求极限

我们知道,取对数可以解决的问题有两种,一种是 的时候可以取对数,还有一种则是本例,把乘除化为加减

由于

故由夹逼准则得原式=

方法一:等价无穷小的转化 在乘除中使用

方法二:极限的四则运算法则

方法三:洛必达法则

方法四:泰勒公式

方法五:两多项式相除

6:无穷小与有界函数的处理方法

7:数列极限中等比等差数列公式的应用

8:数列极限中各项的拆分相加

9:利用Xn 与Xn+1极限相同求极限

10:夹逼准则

11:两个重要极限的应用

12:当趋于无穷大时,不同函数趋于无穷的速度是不一样的。

13:换元法

14:利用定积分求极限

15:重要的高阶无穷小

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