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直接代入法

直接代入法是求解极限最基础、最直接的方法。当函数在极限点连续时,我们可以直接将极限点的值代入函数求值。

基本原理

如果函数 f(x)f(x) 在点 aa 处连续,那么: limxaf(x)=f(a)\lim_{x \to a} f(x) = f(a)

适用条件

1. 函数在极限点连续

  • 函数在该点有定义
  • 函数在该点的极限值等于函数值
  • 函数在该点的左极限等于右极限

2. 常见连续函数

  • 多项式函数:P(x)=anxn+an1xn1++a1x+a0P(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \cdots + a_1 x + a_0
  • 有理函数:R(x)=P(x)Q(x)R(x) = \frac{P(x)}{Q(x)}(其中 Q(a)0Q(a) \neq 0
  • 指数函数:exe^x
  • 对数函数:lnx\ln xx>0x > 0
  • 三角函数:sinx,cosx,tanx\sin x, \cos x, \tan x

求解步骤

  1. 检查函数在极限点是否有定义
  2. 判断函数是否在该点连续
  3. 直接代入求值

典型例题

例题 1

求极限 limx3(2x25x+1)\lim_{x \to 3} (2x^2 - 5x + 1)

参考答案

解题思路: 这是一个多项式函数,在任意点都连续,可以直接代入。

详细步骤

  1. 检查函数类型:f(x)=2x25x+1f(x) = 2x^2 - 5x + 1 是多项式函数
  2. 多项式函数在任意点都连续
  3. 直接代入 x=3x = 3f(3)=2(3)25(3)+1=2(9)15+1=1815+1=4f(3) = 2(3)^2 - 5(3) + 1 = 2(9) - 15 + 1 = 18 - 15 + 1 = 4

答案limx3(2x25x+1)=4\lim_{x \to 3} (2x^2 - 5x + 1) = 4

例题 2

求极限 limx2x2+3x2x1\lim_{x \to 2} \frac{x^2 + 3x - 2}{x - 1}

参考答案

解题思路: 这是一个有理函数,需要检查分母是否为零。

详细步骤

  1. 检查分母:当 x=2x = 2 时,分母 x1=21=10x - 1 = 2 - 1 = 1 \neq 0
  2. 有理函数在分母不为零的点连续
  3. 直接代入 x=2x = 222+3(2)221=4+621=81=8\frac{2^2 + 3(2) - 2}{2 - 1} = \frac{4 + 6 - 2}{1} = \frac{8}{1} = 8

答案limx2x2+3x2x1=8\lim_{x \to 2} \frac{x^2 + 3x - 2}{x - 1} = 8

注意事项

1. 分母为零的情况

如果代入后分母为零,不能使用直接代入法,需要其他方法。

2. 根号内为负数

如果代入后根号内为负数,函数在该点无定义。

3. 对数函数

对数函数的真数必须为正数。

练习题

练习 1

求极限 limx1(x32x2+x+5)\lim_{x \to 1} (x^3 - 2x^2 + x + 5)

参考答案

解题思路: 多项式函数,直接代入。

详细步骤

  1. f(x)=x32x2+x+5f(x) = x^3 - 2x^2 + x + 5 是多项式函数
  2. 多项式函数在任意点连续
  3. 直接代入 x=1x = 1f(1)=132(1)2+1+5=12+1+5=5f(1) = 1^3 - 2(1)^2 + 1 + 5 = 1 - 2 + 1 + 5 = 5

答案limx1(x32x2+x+5)=5\lim_{x \to 1} (x^3 - 2x^2 + x + 5) = 5

练习 2

求极限 limx0sinxx\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x}

参考答案

解题思路: 这是一个重要极限,不能直接代入,需要使用其他方法。

详细步骤

  1. x=0x = 0 时,分子 sin0=0\sin 0 = 0,分母 x=0x = 0
  2. 这是 00\frac{0}{0} 型不定式,不能直接代入
  3. 需要使用重要极限:limx0sinxx=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1

答案limx0sinxx=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1


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