每日一题(18)求8/8型极限

题:求 \(\lim_{x \to -\infty} \frac{\sqrt{4x^2+x-1}+x+1}{\sqrt{x^2+sinx}}\)

心路历程:

1、这道题并不是很好看出来究竟是不是 \(\frac{\infty}{\infty}\) 类型的极限,从直觉上总觉得分子并不会向着无穷位置行进。但是如果对分式进行展开,就能够比较容易的看出来这是 \(\frac{\infty}{\infty}\) 类型的了:\(\frac{\sqrt{4x^2+x-1}}{\sqrt{x^2+sinx}} + \frac{x}{\sqrt{x^2+sinx}} + \frac{1}{\sqrt{x^2+sinx}}\)

2、其实无所谓它是否是 \(\frac{\infty}{\infty}\) 类型,想对这道题进行计算,常规的路数都是一样的:设法将分子或分母中的根号消除掉,更为常规的,我依然考虑是将分子中的根号消除掉;

3、额外的,注意到题目中含有一个 \(sinx\) 因子项,这更令人联想到了 \(\frac{sinx}{x}\) 这种常见的极限形式,因而解题思路也是尽可能构造出这个形式的因子;

4、结合上面的思路,先尝试分子、分母同时乘以 \(\sqrt{\frac{1}{x}}\) 以便构造出 \(\frac{sinx}{x}\) 因子尝试一下:

试解:

将原式 \(\lim_{x \to -\infty} \frac{\sqrt{4x^2+x-1}+x+1}{\sqrt{x^2+sinx}}\) 分子、分母同时乘以相同的 \(\sqrt{\frac{1}{x}}\)

= \(\lim_{x \to -\infty} \frac{(\sqrt{4x^2+x-1}+x+1)(\sqrt{\frac{1}{x}})}{\sqrt{x^2+sinx}(\sqrt{\frac{1}{x}})}\) = \(\lim_{x \to -\infty} \frac{\sqrt{4x+1-\frac{1}{x}}+x\sqrt{\frac{1}{x}}+\sqrt{\frac{1}{x}}}{\sqrt{x+\frac{sinx}{x}}}\)

如上的构造并没有使计算式有所简化,依然是 \(\frac{\infty}{\infty}\) 类型,根号没有被有效的消除、甚至引入了更多的根号变得更加复杂了。经过答案提示,正确的思路是分子、分母同时乘以相同的 \(\sqrt{\frac{1}{x^2}}\),于是按照提示再次尝试求解。

解:

将原式 \(\lim_{x \to -\infty} \frac{\sqrt{4x^2+x-1}+x+1}{\sqrt{x^2+sinx}}\) 分子、分母同时乘以相同的 \(\sqrt{\frac{1}{x^2}}\)

= \(\lim_{x \to -\infty} \frac{(\sqrt{4x^2+x-1}+x+1)(\sqrt{\frac{1}{x^2}})}{\sqrt{x^2+sinx}(\sqrt{\frac{1}{x^2}})}\) = \(\lim_{x \to -\infty} \frac{\sqrt{4+\frac{1}{x}-\frac{1}{x^2}}+x\sqrt{\frac{1}{x^2}}+\sqrt{\frac{1}{x^2}}}{\sqrt{1+\frac{sinx}{x^2}}}\)

结合 \(x\) 在负数轴上的事实,可以知道 \(\sqrt{\frac{1}{x^2}} = -\frac{1}{x}\),因而可对上式进行进一步的化简:

= \(\lim_{x \to -\infty} \frac{\sqrt{4+\frac{1}{x}-\frac{1}{x^2}}-1-\frac{1}{x}}{\sqrt{1+\frac{sinx}{x} \cdot \frac{1}{x}}}\)

至此,虽然计算式中的根号依然没有去掉,但是已经不再是 \(\frac{\infty}{\infty}\) 类型,而是可以进行计算的了:

= \(\frac{\sqrt{4 -\delta -\delta}-1 + \delta }{\sqrt{1+\frac{sinx}{x} \cdot \delta }}\) = \(\frac{\sqrt{4}-1 }{\sqrt{1 + 1 \times \delta}}\) = 1

至此,完成计算。

Related Posts

每日一题(19)利用无穷的性质计算极限

题:求 解1,利用性质直接完成计算: 由题目可以得到 可以看出第一部分是无穷小、第二部分是有界函数,所以结果依然是无穷小,从而完成计算。 解2,利用运算完成计算: 由题目可以得到 可以看出拆分出来的两部分,各自都是无穷小,因而乘积依旧是无穷小,完成计算。 解3,利用夹逼法则完成计算: 已知 所以 由于 且 ,由夹逼法则可以确定其中间部分 解4,更简单的一个方法: 类似于解2,但更简单的:由题目可以得到 此时无需考虑后面的部分,第一部分极限已经为无穷小,它乘以任何数都将是无穷小,因而不用看后面第二部分的计算结果,已经可以确定最终结果将是无穷小。

每日一题(20)利用夹逼准则计算极限

题:利用夹逼准则证明 ,其中 表示取 的整数部分。 解: 既然题目中已经明确要求使用夹逼准则进行证明,思路就比较明确了:只需要找到下届表达式和上届表达式,然后分别求其极限,通过夹逼相等、验证中间表达式的极限。 对于数轴在正数区域中的 而言,一定有不等式关系: 对上面的不等式关系进行调整,将左式、右式中的中括号去掉,以便后面的计算。左式去掉中括号相当于是左式引入了一个小于1的波动,不会对左边的不等号产生影响;右式去掉中括号也相当于引入了一个小于1的波动,同样不会对右边的不等号产生影响, 因而整理后的不等式是: 又因为讨论的 是在数轴的正数区间上,因而对于上式三个部分都是正数,将他们取倒数之后不等号方向会发生变化,于是得到: 还是因为讨论的 是在数轴的正数区间上,所以对上面的不等式三部分,各自乘以一个 ,不等式关系不会发生改变: 至此,不等式的中间项已经与原题目相同,而它的两边得到的两个计算式就可以认为是夹逼准则的下届计算式和上届计算式,此时只要分别对左右两个计算式进行极限计算,即可得出对证明有利的结论: 左式极限: 右式极限: 从而看出下届极限与上届极限相同,因而中间式极限可被确定:,从而完成证明。

每日一题(21)求极限

题:求 心路历程: 首先最直观的,这道题中明显含有一些“算术级数的味道”,虽然因为分母的影响并不能直接形成求和级数,但仍然不影响给人的直观感受:。 而这个求和级数的显式表达式是 又恰与原题目中的各个独立计算项的分母同元同幂,所以便有了一个构造夹逼边界的思路。 解: 若将原题目中的各个独立计算项的分母全部调整成 ,则几乎所有计算项的分母都被放大了(只有最后一个表达式的分母没有被放大);反之、若将所有分母都更改成 ,则几乎所有的分母都被缩小了(仅第一项分母没有被缩小)。 因为分母被放大,意味着整个分式变小了;反之,分母如果被缩小,意味着整个分式被放大了,因而可以得出不等式: 有: 经过上述的边界膨胀,得到的左边界和右边界,虽然还看不出对解题有利的结论,但至少得到的两个边界是可以各自完成合并计算的,合并之后的分子拥有显式表达、且显式表达与分母同元同幂,至此不妨按照这个感觉继续往后推导: 左侧: 右侧: 对如上得到的两个表达式分别计算 时的极限,容易得到其极限结果均为 : 左侧: 左侧: 至此可依夹逼准则确定原题目问题的极限亦为 ,计算完成。

每日一题(22)利用单调有界定理求证极限

题: 设 (1)求证:数列 单调减少且有下界 (2)求 预备知识: 这道题中隐含着一个预备知识:算数-几何平均不等式(Arithmetic-Geometric Mean Inequality),简称AM-GM不等式。这个不等式的通式,是对于非负实数 ,有着AM-GM关系: AM-GM不等式: 题目中用到的是AM-GM不等式是当 时的特例: 对于AM-GM的通式推导我还没有掌握,但是对于如上的特例推导并不难,可以利用毕达哥拉斯公式完成证明。无论如何,这个AM-GM的预备知识暂时认为是已经掌握了的,由此基础,进行题目的解答。 解: 第一步:首先确定数列是有界、有下届的: 因为:,所以通过计算得出,但并不能因此就说。因而这里要使用数学归纳法进行证明: 1、当 时,显然 成立; 2、假设 ,证明 : 显然成立,得到证明; 3、由数学归纳法可知 成立。 通过数学归纳法完成…

每日一题(23)利用数学归纳法求数列极限

题:设 ,,证明数列 有极限,并求此极限。 心路历程: 这道题不妨先“本末倒置”的思考:首先假设数列有极限,能否直接计算出极限来呢?显然如果数列有极限,那么这个极限将是非常容易计算出来的: 设: 那么显然 ,同时 于是可以得到 ,只要求解就可以得到 和 ,只要再稍作推敲既可以舍弃其中一个根,最终得到极限是 然而事实上,如上的“心路历程”是建立在“数列有极限”的前提假设基础上的。如果数列本身就没有极限,那么上述一切论断,都不能成立。所以这道题实际上就是在问数列是否存在明确的极限。 要想确凿数列存在明确的极限,就是要确定数列的单调性和有界性。如果数列单调、有界,那么就意味着数列存在极限。所以这道题的解答思路分成三步:1、证明数列单调;2、证明数列有界;3、确定单调有界之后可生成数列存在极限 ,然后构建方程式求解极限值。 解答: 第一步、证明数列单调: 使用数学归纳法完成这一步的论证,数学归纳法又是分成3步:1、起点成立;2、假设任意 步成立;3、证明 步成立。 1、起点成立: 因为 ,可见 ,至此如果说数列是递减数列,显然起点成立; 2、假设成立: 设 时的…