高等数学里, 求极限的技巧特别多, 这也正是因为极限的求法相对比较难, 所以发展出多种多样的求极限方法. 有很多方法只是针对特定类型的极限有效. 现在我们看看高等数学里都有哪些求极限的方法, 以及哪些类型的极限应用什么方法比较有效.
我们先来说一说求极限时的一般原则.
首先, 运用极限的运算法则(四则运算, 连续函数的极限, 复合函数的极限), 确定极限是不是未定式极限;
两种基本的未定式极限是 0/0 和
型, 这两种情形一般可以用洛必达法则来求. 有一些特殊的情形, 我们接下来讲;
其它未定式极限
,要先化成上面的两种基本情形来求,然后用洛必达法则或者其它方法来求。
各种类型的极限求法:
对未定式极限,0/0 型或者
,最有效也是最基本的方法是洛必达法则。也就是在求极限的时候,先分子分母分别求导,再求极限。例如
0/0 型,
,且分子分母都是多项式,则分子分母可以约去无穷小因子
。
0/0 型,
,且分子或者分母有根式, 则先对根式有理化,然后用极限运算法则或者约去无穷小因子的方法来计算。
0/0 型,
,分子或分母有三角函数,则利用三角函数恒等式或其它变换,化成两个重要极限的第一个,利用那个极限来求。
型,
(或者
),且分子分母都是 x (或者 n)的多项式或者类似于多项式(根式里是多项式)时,分子分母同除以 x 的最高阶幂。
型,如二者都是分式,则先通分,化成两种基本形式,再用洛必达法则或者其它方法求极限。
型,如果其中一个含有根式,则先有理化,再用其它方法求极限。
型 , 首先尝试能不能化成
的复合式,然后利用已知极限
, 这里
是一个无穷小量。
型,
型,
型,先取对数, 再取 e 底,化成基本的未定式极限
,然后用洛必达法则或者其它方式求极限。例如
最后一步是对指数部分应用洛必达法则。
型,将其中一个乘式变成分母,从而化成两种基本形式的未定式;再利用其它方法求积分。例如
如果未定式极限里,函数比较复杂,不能用洛必达法则或者洛必达法则使用起来太麻烦的话,则考虑用泰勒展开来求极限。例如
前者将展开到三阶,后者将
展开到
的四阶。
如果可以通过一个明显的放缩,且放缩后两者的极限都相等的话,就使用夹挤原理来求极限。例如
显然有
不等号的左边和右边都有相同极限 1(只需要在分子分母除以即可),所以由夹挤原理,原极限为 1。
如果含有变上限积分,那么通常情况下是洛必达法则结合变上限积分的导数来求;
如果数列是用递推或者迭代形式给出, 即
, 那么肯定是用递推法来求极限,这时候,要注意,一定要先证明极限存在(单调有界数列),然后两边取极限,可得一个代数式,从而可以求得极限;
如果是数列的每一项是无限多个项相加,且每一项可以写成
的话,那么这个极限可以用定积分的定义来求。这里,
取值范围就是定积分的积分上下限,而
就是被积函数。例如
这里,,所以被积函数是
, 在和式里的取值范围是从 0 到 1。(0 这一项可以认为没写出来)。所以原极限等于定积分
分段函数在分段点处的极限一定要求左右极限,然后确定二者是否相等;
幂指函数
的极限,如果是未定式极限, 一定要先化成
形式,然后运用复合函数的极限法则,将极限符号移到指数上去,对指数部分用未定义极限的求法求极限。也就是说