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极限练习题

极限练习题

通过以下练习题来巩固和检验对极限知识的掌握程度。

基础概念练习

练习 1

求极限 limx0sin3xx\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x}

参考答案

解题思路:利用重要极限 limx0sinxx=1\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1

sin3xx=3sin3x3x\frac{\sin 3x}{x} = 3 \cdot \frac{\sin 3x}{3x},当 x0x \to 0 时,sin3x3x1\frac{\sin 3x}{3x} \to 1

答案:极限值为 33

练习 2

判断数列 xn=1nx_n = \frac{1}{n} 是否为无穷小数列。

参考答案

解题思路:无穷小数列的定义是 limnxn=0\lim\limits_{n \to \infty} x_n = 0

limn1n=0\lim\limits_{n \to \infty} \frac{1}{n} = 0

答案:是无穷小数列。

练习 3

利用等价无穷小求极限 limx01cosxx2\lim\limits_{x \to 0} \frac{1 - \cos x}{x^2}

参考答案

解题思路1cosxx221 - \cos x \sim \frac{x^2}{2},所以极限 x22x2=12\approx \frac{\frac{x^2}{2}}{x^2} = \frac{1}{2}

答案:极限值为 12\frac{1}{2}

练习 4

计算极限 limx(1+2x)x\lim\limits_{x \to \infty} \left(1 + \frac{2}{x}\right)^x

参考答案

解题思路:利用重要极限 limx(1+ax)x=ea\lim\limits_{x \to \infty} \left(1 + \frac{a}{x}\right)^x = e^a

这里 a=2a = 2,所以极限为 e2e^2

答案:极限值为 e2e^2

练习 5

判断函数 f(x)=1xf(x) = \frac{1}{x}x0+x \to 0^+ 时的极限,并说明其无穷大或无穷小的性质。

参考答案

解题思路:当 x0+x \to 0^+ 时,f(x)=1x+f(x) = \frac{1}{x} \to +\infty,是无穷大量。

答案:极限不存在(趋于 ++\infty),是无穷大量。

运算法则练习

练习 6

计算极限 limx2x24x2\lim_{x \to 2} \frac{x^2 - 4}{x - 2}

参考答案

解题思路: 先化简,再求极限。

详细步骤

  1. x24x2=(x2)(x+2)x2=x+2\frac{x^2 - 4}{x - 2} = \frac{(x-2)(x+2)}{x-2} = x + 2(当 x2x \neq 2 时)

  2. limx2x24x2=limx2(x+2)=4\lim_{x \to 2} \frac{x^2 - 4}{x - 2} = \lim_{x \to 2} (x + 2) = 4

答案:极限值为 4。

练习 7

计算极限 limx0sinx+xx\lim_{x \to 0} \frac{\sin x + x}{x}

参考答案

解题思路: 利用极限的加法法则和重要极限。

详细步骤

  1. limx0sinx+xx=limx0(sinxx+xx)\lim_{x \to 0} \frac{\sin x + x}{x} = \lim_{x \to 0} \left(\frac{\sin x}{x} + \frac{x}{x}\right)

  2. =limx0sinxx+limx01= \lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} + \lim_{x \to 0} 1

  3. =1+1=2= 1 + 1 = 2

答案:极限值为 2。

练习 8

计算极限 limxx2+3x+1x2+2x\lim_{x \to \infty} \frac{x^2 + 3x + 1}{x^2 + 2x}

参考答案

解题思路: 分子分母同除以最高次项。

详细步骤

  1. x2+3x+1x2+2x=1+3x+1x21+2x\frac{x^2 + 3x + 1}{x^2 + 2x} = \frac{1 + \frac{3}{x} + \frac{1}{x^2}}{1 + \frac{2}{x}}

  2. limxx2+3x+1x2+2x=limx1+3x+1x21+2x\lim_{x \to \infty} \frac{x^2 + 3x + 1}{x^2 + 2x} = \lim_{x \to \infty} \frac{1 + \frac{3}{x} + \frac{1}{x^2}}{1 + \frac{2}{x}}

  3. =1+0+01+0=1= \frac{1 + 0 + 0}{1 + 0} = 1

答案:极限值为 1。

无穷小比较练习

练习 9

判断当 x0x \to 0 时,x3x^3x2x^2 的关系。

参考答案

解题思路: 计算 limx0x3x2\lim_{x \to 0} \frac{x^3}{x^2} 来判断关系。

详细步骤

  1. limx0x3x2=limx0x=0\lim_{x \to 0} \frac{x^3}{x^2} = \lim_{x \to 0} x = 0

  2. 由于极限为 0,所以 x3x^3x2x^2 的高阶无穷小。

答案x3x^3x2x^2 的高阶无穷小。

练习 10

利用等价无穷小求极限 limx0tanxsinxx3\lim_{x \to 0} \frac{\tan x - \sin x}{x^3}

参考答案

解题思路: 利用等价无穷小代换简化计算。

详细步骤

  1. x0x \to 0 时,tanxx\tan x \sim xsinxx\sin x \sim x

  2. 但是 tanxsinx\tan x - \sin x 不能直接代换,需要进一步处理

  3. tanxsinx=sinxcosxsinx=sinx(1cosx1)=sinx1cosxcosx\tan x - \sin x = \frac{\sin x}{\cos x} - \sin x = \sin x \left(\frac{1}{\cos x} - 1\right) = \sin x \cdot \frac{1 - \cos x}{\cos x}

  4. x0x \to 0 时,sinxx\sin x \sim x1cosxx221 - \cos x \sim \frac{x^2}{2}cosx1\cos x \to 1

  5. 所以 tanxsinxxx22=x32\tan x - \sin x \sim x \cdot \frac{x^2}{2} = \frac{x^3}{2}

  6. 因此 limx0tanxsinxx3=limx0x32x3=12\lim_{x \to 0} \frac{\tan x - \sin x}{x^3} = \lim_{x \to 0} \frac{\frac{x^3}{2}}{x^3} = \frac{1}{2}

答案:极限值为 12\frac{1}{2}

极限存在准则练习

练习 11

利用夹逼准则求极限 limx0x2sin1x\lim_{x \to 0} x^2 \sin \frac{1}{x}

参考答案

解题思路: 利用 sin\sin 函数的有界性构造夹逼不等式。

详细步骤

  1. 由于 1sin1x1-1 \leq \sin \frac{1}{x} \leq 1,所以 x2x2sin1xx2-x^2 \leq x^2 \sin \frac{1}{x} \leq x^2

  2. limx0(x2)=limx0x2=0\lim_{x \to 0} (-x^2) = \lim_{x \to 0} x^2 = 0

  3. 由夹逼准则,limx0x2sin1x=0\lim_{x \to 0} x^2 \sin \frac{1}{x} = 0

答案:极限值为 0。

练习 12

证明数列 xn=n2+1n2+nx_n = \frac{n^2 + 1}{n^2 + n} 收敛并求其极限。

参考答案

解题思路: 先证明数列单调递减且有下界,然后求极限。

详细步骤

  1. 证明单调递减: xn+1xn=(n+1)2+1(n+1)2+(n+1)n2+1n2+n<0x_{n+1} - x_n = \frac{(n+1)^2 + 1}{(n+1)^2 + (n+1)} - \frac{n^2 + 1}{n^2 + n} < 0

  2. 证明有下界: xn=n2+1n2+n=1n1n2+n>0x_n = \frac{n^2 + 1}{n^2 + n} = 1 - \frac{n-1}{n^2 + n} > 0

  3. 由单调有界准则,数列收敛

  4. 求极限: limnn2+1n2+n=limn1+1n21+1n=1\lim_{n \to \infty} \frac{n^2 + 1}{n^2 + n} = \lim_{n \to \infty} \frac{1 + \frac{1}{n^2}}{1 + \frac{1}{n}} = 1

答案:数列收敛,极限为 1。

重要极限练习

练习 13

求极限 limx0sin5xx\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{x}

参考答案

解题思路: 利用第一个重要极限的推广形式。

详细步骤

  1. limx0sin5xx=limx05sin5x5x\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{x} = \lim_{x \to 0} 5 \cdot \frac{\sin 5x}{5x}

  2. =5limx0sin5x5x=51=5= 5 \cdot \lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{5x} = 5 \cdot 1 = 5

答案:极限值为 5。

练习 14

求极限 limx(1+3x)x\lim_{x \to \infty} \left(1 + \frac{3}{x}\right)^x

参考答案

解题思路: 利用第二个重要极限的推广形式。

详细步骤

  1. limx(1+3x)x=e3\lim_{x \to \infty} \left(1 + \frac{3}{x}\right)^x = e^3

答案:极限值为 e3e^3

练习 15

求极限 limx0ex1sinx\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{\sin x}

参考答案

解题思路: 利用等价无穷小代换。

详细步骤

  1. x0x \to 0 时,ex1xe^x - 1 \sim xsinxx\sin x \sim x

  2. limx0ex1sinx=limx0xx=1\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{\sin x} = \lim_{x \to 0} \frac{x}{x} = 1

答案:极限值为 1。

综合练习

练习 16

判断函数 f(x)=x21x1f(x) = \frac{x^2 - 1}{x - 1}x=1x = 1 处的极限是否存在。

参考答案

解题思路: 需要分别计算左极限和右极限,看它们是否相等。

详细步骤

  1. 计算右极限:limx1+x21x1=limx1+(x1)(x+1)x1=limx1+(x+1)=2\lim_{x \to 1^+} \frac{x^2 - 1}{x - 1} = \lim_{x \to 1^+} \frac{(x-1)(x+1)}{x-1} = \lim_{x \to 1^+} (x+1) = 2

  2. 计算左极限:limx1x21x1=limx1(x1)(x+1)x1=limx1(x+1)=2\lim_{x \to 1^-} \frac{x^2 - 1}{x - 1} = \lim_{x \to 1^-} \frac{(x-1)(x+1)}{x-1} = \lim_{x \to 1^-} (x+1) = 2

  3. 由于左极限等于右极限,所以极限存在。

答案:极限存在,值为 2。

练习 17

证明数列 xn=nn+1x_n = \frac{n}{n+1} 的极限为 1。

参考答案

解题思路: 使用极限的定义,证明对于任意 ε>0\varepsilon > 0,存在 NN 使得当 n>Nn > N 时,xn1<ε|x_n - 1| < \varepsilon

详细步骤

  1. xn1=nn+11=n(n+1)n+1=1n+1|x_n - 1| = \left|\frac{n}{n+1} - 1\right| = \left|\frac{n-(n+1)}{n+1}\right| = \frac{1}{n+1}

  2. 要使 1n+1<ε\frac{1}{n+1} < \varepsilon,需要 n+1>1εn+1 > \frac{1}{\varepsilon},即 n>1ε1n > \frac{1}{\varepsilon} - 1

  3. N=1ε1+1N = \left\lfloor \frac{1}{\varepsilon} - 1 \right\rfloor + 1,则当 n>Nn > N 时,xn1<ε|x_n - 1| < \varepsilon

答案:数列极限为 1。

练习 18

判断函数 f(x)=1xf(x) = \frac{1}{x}x=0x = 0 处的极限是否存在。

参考答案

解题思路: 分别计算左极限和右极限,看它们是否相等。

详细步骤

  1. 右极限:limx0+1x=+\lim_{x \to 0^+} \frac{1}{x} = +\infty

  2. 左极限:limx01x=\lim_{x \to 0^-} \frac{1}{x} = -\infty

  3. 由于左极限不等于右极限,所以极限不存在。

答案:极限不存在。


练习建议

  1. 循序渐进:从基础概念练习开始,逐步过渡到综合练习
  2. 理解思路:不仅要会做,更要理解解题思路和方法
  3. 举一反三:掌握解题方法后,尝试解决类似的问题
  4. 查漏补缺:通过练习发现知识盲点,及时补充学习
  5. 总结归纳:将解题方法和技巧进行总结,形成自己的解题体系