微积分中函数极限的性质

定理、应用与详细的分步解答

以定理的形式介绍了函数极限的性质,并附带了一些应用示例和详细解答。

在下文中,若适用,\( C \) 表示积分常数。

极限的定理与性质

定理:如果 \( f \) 和 \( g \) 是两个函数,且 \( \lim_{x \to a} f(x) \) 和 \( \lim_{x \to a} g(x) \) 都存在,那么:

性质 1:两个函数和的极限等于它们极限的和。

\[ \lim_{x \to a} [ f(x) + g(x) ] = \lim_{x \to a} f(x) + \lim_{x \to a} g(x) \]

性质 2:两个函数差的极限等于它们极限的差。

\[ \lim_{x \to a} [ f(x) - g(x) ] = \lim_{x \to a} f(x) - \lim_{x \to a} g(x) \]

性质 3:两个函数积的极限等于它们极限的积。

\[ \lim_{x \to a} [ f(x) \times g(x) ] = \lim_{x \to a} f(x) \times \lim_{x \to a} g(x) \]

性质 4:当分母的极限不等于 0 时,两个函数商的极限等于它们极限的商。

\[ \lim_{x \to a} \frac{f(x)}{g(x)} = \frac{\lim_{x \to a} f(x)}{\lim_{x \to a} g(x)} \quad \text{前提是} \quad \lim_{x \to a} g(x) \neq 0 \]

性质 5:如果函数极限的 n 次方根是一个实数,则函数 n 次方根的极限等于该函数极限的 n 次方根。

\[ \lim_{x \to a} \sqrt[n]{f(x)} = \sqrt[n]{\lim_{x \to a} f(x)} \]

如果 \( n \) 是偶数,则 \( \lim_{x \to a} f(x) \) 必须为正数。

带有详细解答的例题

点击每个例题以查看其详细的分步解答。

例题 1

计算 \( \lim_{x \to -2} h(x) \),其中 \( h(x) \) 由下式给出:

\[ h(x) = x + 5 \]
显示例题 1 的解答

我们可以将 \( h(x) \) 视为 \( f(x) = x \) 和 \( g(x) = 5 \) 的和,并应用上面的定理 1:

\[ \lim_{x \to -2} h(x) = \lim_{x \to -2} x + \lim_{x \to -2} 5 \]

\( x \) 和 \( 5 \) 是基本函数,其极限是已知的:

\[ \lim_{x \to -2} x = -2 \quad \text{且} \quad \lim_{x \to -2} 5 = 5 \]

因此:

\[ \lim_{x \to -2} h(x) = -2 + 5 = 3 \]

例题 2

计算 \( \lim_{x \to 10} h(x) \),其中 \( h(x) \) 由下式给出:

\[ h(x) = x - 7 \]
显示例题 2 的解答

我们可以将 \( h(x) \) 视为 \( f(x) = x \) 和 \( g(x) = 7 \) 的差,并应用上面的定理 2:

\[ \lim_{x \to 10} h(x) = \lim_{x \to 10} x - \lim_{x \to 10} 7 \]

\( x \) 和 \( 7 \) 是具有已知极限的基本函数:

\[ \lim_{x \to 10} x = 10 \quad \text{且} \quad \lim_{x \to 10} 7 = 7 \]

因此:

\[ \lim_{x \to 10} h(x) = 10 - 7 = 3 \]

例题 3

计算 \( \lim_{x \to -5} m(x) \),其中 \( m(x) \) 由下式给出:

\[ m(x) = 3x \]
显示例题 3 的解答

设 \( m(x) = f(x) \times g(x) \),其中 \( f(x) = 3 \) 且 \( g(x) = x \),并应用上面的定理 3:

\[ \lim_{x \to -5} m(x) = \lim_{x \to -5} 3 \times \lim_{x \to -5} x \]

3 是常数函数,\( x \) 是具有已知极限的基本函数:

\[ \lim_{x \to -5} 3 = 3 \quad \text{且} \quad \lim_{x \to -5} x = -5 \]

因此:

\[ \lim_{x \to -5} m(x) = 3 \times (-5) = -15 \]

例题 4

计算 \( \lim_{x \to 3} r(x) \),其中 \( r(x) \) 由下式给出:

\[ r(x) = \dfrac{3 - x}{x} \]
显示例题 4 的解答

设 \( r(x) = \dfrac{f(x)}{g(x)} \),其中 \( f(x) = 3 - x \) 且 \( g(x) = x \),并应用上面的定理 4:

\[ \lim_{x \to 3} r(x) = \dfrac{\lim_{x \to 3} (3 - x)}{\lim_{x \to 3} x} \]

\( 3 - x \) 是两个基本函数的差,\( x \) 是一个基本函数:

\[ \lim_{x \to 3} (3 - x) = 3 - 3 = 0 \quad \text{且} \quad \lim_{x \to 3} x = 3 \]

因此:

\[ \lim_{x \to 3} r(x) = \dfrac{0}{3} = 0 \]

例题 5

计算 \( \lim_{x \to 5} m(x) \),其中 \( m(x) \) 由下式给出:

\[ m(x) = \sqrt{2x - 1} \]
显示例题 5 的解答

设 \( f(x) = 2x - 1 \),通过应用上面的差法则和积法则求出其极限:

\[ \lim_{x \to 5} f(x) = 2 \times 5 - 1 = 9 \]

现在我们应用定理 5,因为 9 的平方根是一个实数:

\[ \lim_{x \to 5} m(x) = \sqrt{9} = 3 \]

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