第35章 35.X**X
作者:豌豆大师      更新:2022-05-17 04:13      字数:3965
  【例5】设f(x)为连续函数,且lim f(x)/x=1(x→0),求lim 【f(x)∫f(x-t)dt(sx=x,xx=0)】/【∫tf(x-t)dt(sx=x,xx=0)】(x→0)。
  思路分析:这是一道积分上限函数求极限的问题,因为分子分母都有积分上限函数,所以需要分开化简,最后合并,再利用洛必达法则求解。
  ∫f(x-t)dt(sx=x,xx=0)=-∫f(x-t)d(x-t)(sx=x,xx=0)=-∫f(u)du(sx=0,xx=x)=∫f(u)du(sx=x,xx=0).
  ∫tf(x-t)dt(sx=x,xx=0)=-∫tf(x-t)d(x-t)(sx=x,xx=0)=-∫(x-u)f(u)du(sx=0,xx=x)=∫(x-u)f(u)du(sx=x,xx=0)=x∫f(u)du(sx=x,xx=0)-∫uf(u)du(sx=x,xx=0).
  ∴原式=lim 【f(x)∫f(u)du(sx=x,xx=0)】/【x∫f(u)du(sx=x,xx=0)-∫uf(u)du(sx=x,xx=0)】(x→0)
  =lim 【f(x)/x】·【x∫f(u)du(sx=x,xx=0)】/【x∫f(u)du(sx=x,xx=0)-∫uf(u)du(sx=x,xx=0)】(x→0)
  =lim【x∫f(u)du(sx=x,xx=0)】/【x∫f(u)du(sx=x,xx=0)-∫uf(u)du(sx=x,xx=0)】(x→0)
  =lim【∫f(u)du(sx=x,xx=0)+xf(x)】/【∫f(u)du(sx=x,xx=0)+xf(x)-xf(x)】(x→0)
  =lim【∫f(u)du(sx=x,xx=0)+xf(x)】/∫f(u)du(sx=x,xx=0)(x→0)
  =lim【1/x2·∫f(u)du(sx=x,xx=0)+f(x)/x】/1/x2·∫f(u)du(sx=x,xx=0)(x→0)
  lim1/x2·∫f(u)du(sx=x,xx=0)(x→0)
  =1/2 lim f(x)/x(x→0)
  =1/2
  ∴lim 【f(x)∫f(x-t)dt(sx=x,xx=0)】/【∫tf(x-t)dt(sx=x,xx=0)】(x→0)=【1/2+1】/ 1/2=3
  解:∫f(x-t)dt(sx=x,xx=0)=-∫f(x-t)d(x-t)(sx=x,xx=0)=∫f(u)du(sx=x,xx=0).
  ∫tf(x-t)dt(sx=x,xx=0)=-∫tf(x-t)d(x-t)(sx=x,xx=0)=∫(x-u)f(u)du(sx=x,xx=0)=x∫f(u)du(sx=x,xx=0)-∫uf(u)du(sx=x,xx=0).
  ∴原式=lim 【f(x)∫f(u)du(sx=x,xx=0)】/【x∫f(u)du(sx=x,xx=0)-∫uf(u)du(sx=x,xx=0)】(x→0)
  =lim 【f(x)/x】·【x∫f(u)du(sx=x,xx=0)】/【x∫f(u)du(sx=x,xx=0)-∫uf(u)du(sx=x,xx=0)】(x→0)
  =lim【x∫f(u)du(sx=x,xx=0)】/【x∫f(u)du(sx=x,xx=0)-∫uf(u)du(sx=x,xx=0)】(x→0)
  =lim【∫f(u)du(sx=x,xx=0)+xf(x)】/【∫f(u)du(sx=x,xx=0)+xf(x)-xf(x)】(x→0)
  =lim【∫f(u)du(sx=x,xx=0)+xf(x)】/∫f(u)du(sx=x,xx=0)(x→0)
  =lim【1/x2·∫f(u)du(sx=x,xx=0)+f(x)/x】/1/x2·∫f(u)du(sx=x,xx=0)(x→0)
  lim1/x2·∫f(u)du(sx=x,xx=0)(x→0)
  =1/2 lim f(x)/x(x→0)
  =1/2
  ∴lim 【f(x)∫f(x-t)dt(sx=x,xx=0)】/【∫tf(x-t)dt(sx=x,xx=0)】(x→0)=【1/2+1】/ 1/2=3
  题型五:左右极限的问题
  【例1】f(x)={1-2的【1/(x-1)】次方}/{2+2的【2/(x-1)】次方},讨论lim f(x)(x→1)。
  思路分析:由2的【1/(x-1)】次方和2的【2/(x-1)】次方,这道题得在x→1-和x→1+两个方向讨论极限。
  f(1-0)=lim{1-2的【1/(x-1)】次方}/{2+2的【2/(x-1)】次方}(x→1-)
  当x→1-时,x-1→0-,1/(x-1)→-∞,2的【1/(x-1)】次方→0,所以上式=1/2
  f(1+0)=lim{1-2的【1/(x-1)】次方}/{2+2的【2/(x-1)】次方}(x→1+)
  当x→1+时,x-1→0+,1/(x-1)→+∞,2的【1/(x-1)】次方→+∞,所以上式=0
  因为f(1-0)≠f(1+0),所以lim f(x)(x→1)不存在。
  解:f(1-0)=lim{1-2的【1/(x-1)】次方}/{2+2的【2/(x-1)】次方}(x→1-)=1/2
  f(1+0)=lim{1-2的【1/(x-1)】次方}/{2+2的【2/(x-1)】次方}(x→1+)=0
  ∵f(1-0)≠f(1+0),∴lim f(x)(x→1)不存在。
  注意:当x→1+时,2的【1/(x-1)】次方→+∞,2的【2/(x-1)】次方→+∞,但后者相当于2的【1/(x-1)】次方·2的【1/(x-1)】次方。
  【例2】求lim{【(2+e的1/x次方)/(1+e的4/x次方)】+sinx/|x|}(x→0)
  思路分析:这道题同上例1,题目中都出现了e的1/x次方的指数形式。
  f(0-0)=lim{【(2+e的1/x次方)/(1+e的4/x次方)】+sinx/|x|}(x→0-)=lim{【(2+e的1/x次方)/(1+e的1/x次方)】-sinx/x}(x→0-)
  当x→0-时,1/x→-∞,e的1/x次方→0,e的4/x次方→0,且lim sinx/x(x→0-)=1,所以上式=2/1-1=1。
  又f(0+0)=lim{【(2+e的1/x次方)/(1+e的4/x次方)】+sinx/|x|}(x→0+)=lim{【(2+e的1/x次方)/(1+e的4/x次方)】+sinx/x}(x→0+)
  当x→0+时,1/x→+∞,e的1/x次方→+∞,e的4/x次方=e的1/x次方·e的1/x次方·e的1/x次方·e的1/x次方→+∞>>e的1/x次方,且lim sinx/x(x→0+)=1,所以上式=0+1=1。
  ∵f(0-0)=f(0+0)=1,∴lim{【(2+e的1/x次方)/(1+e的4/x次方)】+sinx/|x|}(x→0)=1
  解题步骤同上。
  题型六:极限的存在问题。
  解题工具:夹逼定理和单调有界必有极限。
  常见题型:数列极限的存在性问题。
  解题工具:1数学归纳法2判断an+1-an的符号得单调性3导数法,由递推关系式an+1=f(an)来确定,令an+1=y,an=x,转化为y=f(x)的函数形式。如果导数大于零,则数列单调,再由a1和a2的大小关系确定单调递增还是递减。4先求极限,再证明极限存在。5用递推关系式求出数列表达式,再求极限。
  【例1】设0<a1<π,an+1=sin an,1证明:lim an(n→∞)存在,并求极限。2求lim(an+1/an)的1/an2次方(n→∞)。
  思路分析:题目中已经给出了递推关系式,所以优先考虑用导数法求解。
  显然,an>0,令y=sinx,y’=cosx,仅凭an≥0中不能判断y’的正负,所以导数法失效。
  当x>0时,sinx<x,所以an+1=sin an<an,所以数列{an}单调递减,又因为an>0有下界,所以数列{an}极限存在。
  令lim an(n→∞)=a,则由an+1=sin an得,a=sina,解得a=0,所以lim an(n→∞)=0
  lim(an+1/an)的1/an2次方(n→∞)=lim(sin an/ an)的1/an2次方(n→∞)
  令x=an,则当n→∞时,an→0,x→0,所以原式化为:lim(sinx /x)的1/x2次方(x→0)=lim{【1+(sinx-x)/x】的【x/(sinx-x)】次方}的【(sinx-x)/x3】次方(x→0)
  =lim e的【(sinx-x)/x3】次方(x→0)
  =e的lim(sinx-x)/x3次方(x→0)
  =e的lim(cos-1)/3x2次方(x→0)
  =e的lim(-1/2·x2)/3x2次方(x→0)
  =e的-1/6次方。
  解:(1)显然,an>0,当x>0时,sinx<x,所以an+1=sin an<an,所以数列{an}单调递减,又因为an>0有下界,所以数列{an}极限存在。
  令lim an(n→∞)=a,则由an+1=sin an得,a=sina,解得a=0,所以lim an(n→∞)=0
  二lim(an+1/an)的1/an2次方(n→∞)=lim(sin an/ an)的1/an2次方(n→∞)
  令x=an,则当n→∞时,an→0,x→0,
  所以lim(sinx /x)的1/x2次方(x→0)=lim{【1+(sinx-x)/x】的【x/(sinx-x)】次方}的【(sinx-x)/x3】次方(x→0)
  =lim e的【(sinx-x)/x3】次方(x→0)
  =e的lim(sinx-x)/x3次方(x→0)
  =e的lim(cos-1)/3x2次方(x→0)
  =e的lim(-1/2·x2)/3x2次方(x→0)
  =e的-1/6次方。