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:

  1. (已知 )。

  2. 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 时恒成立——条件 (b) 满足。
  • 第 2 题:,同理 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:

  • (条件 (b) 满足)。
  • 已知

ANL-THM-011

第 2 题

解:

  • (注意 ,从右侧逼近)。
  • (条件 (b) 满足)。

ANL-THM-011

(由于 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()。
  • 条件 (a): 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 连续;条件 (b) 是 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 ), 时是否合法?