题目
利用 ANL-THM-011 复合函数极限定理,求下列极限或判断其合法性:
-
(已知 )。
-
。
-
判断合法性:以下”换元法”是否正确?
其中 恒等于 ,。
分析
第 1、2 题:标准的”换元 + 已知极限”应用。 关键是验证 ANL-THM-011 的条件 (a) 或 (b)。
- 第 1 题:,当 时 ,且 在 时恒成立——条件 (b) 满足。
- 第 2 题:,同理 且 ( 时)——条件 (b) 满足。
第 3 题:检验换元法的边界情形——这是 ANL-THM-011 设计条件 (a)/(b) 要排除的反例。
证明 / 解答
第 1 题
解: 令 。
- 当 时 。
- 当 (条件 (b) 满足)。
- 已知 。
由 ANL-THM-011:
第 2 题
解: 令 。
- 当 时 (注意 ,从右侧逼近)。
- 当 (条件 (b) 满足)。
由 ANL-THM-011:
(由于 在 附近双侧极限都为 ,单侧 同值。)
第 3 题
解:判断不合法。
验证 ANL-THM-011 条件:
- 条件 1:,成立( 恒为 )。
- 条件 2:,成立( 时 )。
- 条件 (a): 在 是否连续?,不连续。
- 条件 (b):是否在 的某去心邻域内 ?,永不成立。
两个条件都不满足 ⇒ 不能直接套换元法。
实际计算: 恒成立,故 。 而 。
由此 ——这正是 ANL-THM-011 用条件 (a)/(b) 排除的”病态”换元情形。
关键技巧
- 换元前必查 (a)/(b):条件 (a) 是 在 处连续;条件 (b) 是 在 去心邻域内不取 。绝大多数初等问题中 (a) 成立(如 处处连续),可”无脑”换元。
- 第 3 题型常见于人为构造的 piecewise 函数:实际计算中遇到这类函数(如 单独定义为异常值)就要小心。
- 复合极限 ≠ 极限值的复合:本节核心警告——复合函数的极限与”先求内函数极限再代入”不总是相等。
变式
- 变式 1:求 (提示:换元 ,)。
- 变式 2:求 (提示:换元 ,应用 )。
- 变式 3:判断 在 (), 时是否合法?