极限(求值)

你应该先去阅读 极限(入门)

简略重温极限

有时我们不能直接计算一个事物的值……可是我们可以去看看越来越接近它时的情形!

例子:

(x2 − 1) (x − 1)

求 x=1 的值:

(12 − 1) (1 − 1) = (1 − 1) (1 − 1) = 0 0

0/0 不好做!没有人知道 0/0 是多少(它是 "不确定的"),所以我们要另辟蹊径。

我们不直接求在 x=1 的值,我们 趋近 它来看看:

例子(续):

x   (x2 − 1) (x − 1)
0.5   1.50000
0.9   1.90000
0.99   1.99000
0.999   1.99900
0.9999   1.99990
0.99999   1.99999
……   ……

现在我们看到当 x 越来越接近 1 的时候, (x2−1) (x−1) 越来越接近 2

这很有趣:

我们想说: "答案就是 2",但我们不能这样说,所以数学家用一个特别的名词来形容这个情况:"极限"

当 x 趋近 1 时, (x2−1) (x−1) 极限2

用符号来写就是:

当 x 趋近 1 时,(x^2-1)/(x-1) = 2 的极限

这是用一个特别的说法来说: "不管在那里是什么,但 x 越来越接近 1 时答案便越来越接近 2"

在图上是这样的:

因此,实际上我们不能说在 x=1 时的值是多少。

但我们可以说:"趋近 1 时,极限是 2。"

  图缺口

极限求值

"求值" 的意思是计算……的值

在上面的例子里,极限是 2,因为函数趋近 2。但这样说是不够的!

其实有很多方法去求精确的答案。我们来看看其中几个:

 

一、代入变量的值

首先要尝试的方法是代入变量的值,来看看可不可以直接算出答案(换句话说,代换)。

试试一些例子:

例子   代入 行吗?
当 x 趋近o 1 时 (x^2-1)/(x-1) 的极限 右箭头 (1−1)/(1−1) = 0/0 不
       
当 x 趋近 10 时 x/2 的极限 右箭头 10/2 = 5 是

在第一个例子里,代换法不管用,但在第二个例子里我们很容易得到答案。

 

二、因式

我们可以尝试 因式分解

例子: 当 x 趋近 1 时 (x^2-1)/(x-1) 的极限
   
因式分解 (x2−1)(x−1)(x+1),我们得到:
 
  当 x 趋近 1 时 (x^2-1)/(x-1) 的极限 = 当 x 趋近 1 时 (x+1) 的极限
   
我们现在可以代入 x=1 来求极限:
  当 x 趋近 1 时 (x+1) 的极限 = 1+1 = 2

 

三、共轭

若函数是个分数,把上面和下面乘以 共轭 可能会有帮助。

共轭是把
把两个项之间的正负号倒转:
x+1 的共轭是 3x-1

以下是一个用共轭来求极限的例子:

当 x 趋近 4 时 (2-sqrt(x))/(4-x) 的极限   在 x=4,函数是 0/0,不太好!

我们来重排一下:

上面和下面都乘以上面的共轭:   (2-sqrt(x))/(4-x) 乘以 (2+sqrt(x))/(2+sqrt(x))
     
(a+b)(a-b) = a^2 - b^2 简化上面:   (2^2-sqrt(x)^2) / (4-x)(2+sqrt(x))
     
简化上面:   (4-x) / (4-x)(2+sqrt(x))
     
上面和下面消去 (4−x):   1/(2+sqrt(x))

结果是:

当 x 趋近 4 时 (2-sqrt(x))/(4-x) 的极限 = 当 x 趋近 4 时 1/(2+sqrt(x)) 的极限 = 1/4

大功告成!

 

四、在无穷大的极限和有理函数

有理函数 是两个多项式的比:   有理函数 f(x) = P(x) / Q(x)
     
例如,在这里 P(x) = x3 + 2x − 1Q(x) = 6x2   有理函数 f(x) = (x^3+2x-1) / (6x^2)

如果我们知道 函数的次数,我们便可以知道函数的极限是 0、正无穷大、负无穷大或很容易地用系数计算出极限来。

去阅读 在无穷大的极限 来了解更多。

 

五、正式方法

正式方法是去证明可以把 "x" 无限接近 "a" 来无限接近答案

极限(正式定义) 来了解更多