极限的性质与四则运算法则

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第四节 极限的性质与四则运算法则

教学目的:使学生掌握极限的四则运算法则,并会利用它们求极限; 教学重点:有理函数极限的计算; 教学过程:

一、复习无穷大和无穷小的概念及性质 二、讲解新课:

一、函数极限的性质 定理1:(保号性)设A x f x x =→)(lim 0

(i ) 若)0(0<>A A ,则0>∃δ,当),(0δ∧

∈x U x 时,0)(>x f )0)((

证明:(i )先证0>A 的情形。取2

A =ε,由定义,对此0,>∃δε,当),(0δ∧∈x U x 时,

2)(A A x f =<-ε,即0)(2

32)(220>⇒=+<<-=

A A x f A A A 。

当0

A

-=ε,同理得证。

(ii )(反证法)若0

注:(i)中的“>”,“<”不能改为“≥”,“≤”。 在(ii)中,若0)(>x f ,未必有0>A 。

二、极限四则运算法则

由极限定义来求极限是不可取的,也是不行的,因此需寻求一些方法来求极限。 定理1:若B x g A x f ==)(lim ,)(lim ,则)]()(lim[x g x f ±存在,且

)(lim )(lim )]()(lim[x g x f B A x g x f ±=±=±。

证明: 只证B A x g x f +=+)]()(lim[,过程为0x x →,对0,01>∃>∀δε,当

100δ<-

)(ε

<-A x f ,对此ε,02>∃δ,当2

00δ<-

)(ε

<

-B x g ,取},m in{21δδδ=,当δ<-<00x x 时,有

εε

ε

=+

<

-+-≤-+-=+-+2

2

)()())(())(()())()((B x g A x f B x g A x f B A x g x f

所以B A x g x f x x +=+→))()((lim 0

其它情况类似可证。

注:本定理可推广到有限个函数的情形。

定理2:若B x g A x f ==)(lim ,)(lim ,则)()(lim x g x f ⋅存在,且

)(lim )(lim )()(lim x g x f AB x g x f ⋅==。

证明:因为B x g A x f ==)(lim ,)(lim ,⇒,)(,)(βα+=+=B x g A x f (βα,均为无穷小))())(()()(αβαββα+++=++=⇒B A AB B A x g x f ,记

αβαβγ++=B A , γ⇒为无穷小, AB x g x f =⇒)()(lim 。 推论1:)(lim )](lim[x f c x cf =(c 为常数)。 推论2:n n x f x f )]([lim )](lim [=(n 为正整数)。 定理3:设0)(lim ,)(lim ≠==B x g A x f ,则)

(lim )

(lim )()(lim

x g x f B A x g x f ==。 证明:设βα+=+=B x g A x f )(,)((βα,为无穷小),考虑差:

)

()()(ββ

αβα+-=-++=-B B A B B A B A B A x g x f 其分子βαA B -为无穷小,分母0)(2≠→+B B B β,我们不难证明

)

(1β+B B 有界(详细过程见书上))(ββα+-⇒

B B A B 为无穷小,记为γ,所以γ+=B

A

x g x f )()(,

B

A

x g x f =⇒)()(lim

。 注:以上定理对数列亦成立。

定理4:如果)()(x x ψϕ≥,且b x a x ==)(lim ,)(lim ψϕ,则b a ≥。 【例1】b ax b x a b ax b ax x x x x x x x x +=+=+=+→→→→00

lim lim lim )(lim 。

【例2】n

n x x n x x x x x 0]lim [lim 0

==→→。

推论1:设n n n n a x a x a x a x f ++++=--1110)( 为一多项式,当

)()(lim 0011

1000

x f a x a x a x a x f n n n n x x =++++=--→ 。

推论2:设)(),(x Q x P 均为多项式,且0)(0≠x Q ,则)

()

()()(lim 000x Q x P x Q x P x x =→。

【例3】31151105(lim 221

-=+⨯-=+-→x x x 。

【例4】33

009070397lim 53530-=+--⨯+=+--+→x x x x x (因为03005

≠+-)。 注:若0)(0=x Q ,则不能用推论2来求极限,需采用其它手段。

【例5】求3

22

lim 221-+-+→x x x x x 。

解:当1→x 时,分子、分母均趋于0,因为1≠x ,约去公因子)1(-x ,

所以 5

3

322lim 322lim 12

21=++=-+-+→→x x x x x x x x 。 【例6】求)1

3

11(

lim 31+-+-→x x x 。

解:当1

3

,11,13

++-→x x x 全没有极限,故不能直接用定理3,但当1-≠x 时, 1

2)1)(1()2)(1(1311223+--=+-+-+=+-+x x x x x x x x x x ,所以 11

)1()1(2112lim )1311(

lim 22131

-=+-----=+--=+-+-→-→x x x x x x x 。 【例7】求2

lim 2

2-→x x x 。

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