# 洛必达法则 1(00 型)
定理 1:设 f,g 在区间 (x0,x0+δ) 有定义,g(x)=0,满足:
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x→x0+limf(x)=0,x→x0+limg(x)=0;
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f,g 在区间 (x0,x0+δ) 可导,且 g′(x)=0;
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x→x0+limg′(x)f′(x)=a(a 为有限或无穷大)。
则有 x→x0+limg(x)f(x)=x→x0+limg′(x)f′(x)=a。
证明:补充定义:
F(x)={f(x),0,x∈(x0,x0+δ)x=x0,G(x)={g(x),0,x∈(x0,x0+δ)x=x0
则对 ∀x∈(x0,x0+δ),F,G 在 [x0,x] 连续,在 (x0,x) 内可导。
由柯西中值定理:∃ξ∈(x0,x),使得:
g(x)f(x)=G(x)F(x)=G(x)−G(x0)F(x)−F(x0)=G′(ξ)F′(ξ)=g′(ξ)f′(ξ)
而当 x→x0+ 时,ξ→x0+,因此:
x→x0+limg(x)f(x)=ξ→x0+limg′(ξ)f′(ξ)=x→x0+limg′(x)f′(x)=a
说明:对 x→x0−,x→x0,x→∞,x→±∞ 也成立。
定理 2:设 f,g 在 (a,+∞) 内有定义,g(x)=0,且 x→+∞limf(x)=0,x→+∞limg(x)=0,g′(x)=0,若 x→+∞limg′(x)f′(x)=A(A 可为有限或无穷),则 x→+∞limg(x)f(x)=A。
证明:令 t=x1,并利用 定理 1 即可。
x→+∞limg(x)f(x)=t→0+limg(t1)f(t1)=t→0+limg′(t1)(−t21)f′(t1)(−t21)=t→0+limg′(t1)f′(t1)=x→+∞limg′(x)f′(x)
# 洛必达法则 2(∞∞ 型)
定理 3:设 f,g 在内满足:
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x→x0+limg(x)=∞;
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f,g 在区间 (x0,x0+δ) 可导,且 g′(x)=0;
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x→x0+limg′(x)f′(x)=l(l 为有限或无穷大)。
则有 x→x0+limg(x)f(x)=x→x0+limg′(x)f′(x)=l。
说明:
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并没要求 x→x0+limf(x)=∞
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可推广到 x→x0−,x→x0,x→±∞,x→∞
注意:
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可多次应用洛必达法则来求极限,每次 应用前都要验证条件;
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与 各种方法综合使用(提出常用因子,等价代换,变量替换)可以简化运算。
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注意条件 x→x0+limg′(x)f′(x) 要存在或为无穷大!(否则要用其他方法)例如:
x→+∞limxx+sinx=x→∞lim11+cosx 不存在,不能洛必达!事实上,x→∞limxx+sinx=x→∞lim(1+xsinx)=1。
例 1. 求下列极限:
x→0+limxxx−sinx
解:令 y=x,则有:
x→0+limxxx−sinx=y→0+limy3y−siny=y→0+lim3y21−cosy=61
# 其他不定型
关键:将其他类型未定式化为洛必达法则可解决的类型。
# 0⋅∞ 型
步骤:0⋅∞⇒∞1⋅∞,或 0⋅∞⇒0⋅01
# ∞−∞ 型
步骤:∞−∞⇒01−01⇒0⋅00−0。
# 00,1∞,∞0 型
步骤:
001∞∞0⎭⎬⎫取对数⎩⎨⎧0⋅ln0∞⋅ln10⋅ln∞⇒0⋅∞
# 习题
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计算下列极限:
(1) x→0limx3x−sinx
(2) x→0limx3x−2x2−ln(1+x)
(3) x→1lim1−sin2πxln[cos(x−1)]
(4) x→0limln(1+x2)ex−1+2x
(5) x→0limx2ex21
(6) x→0lim(sinx1−x1)
(7) x→0lim(x1−ex−11)
(8) x→0lim(xtanx)x21
(9) x→0lim(lnx1)x
(10) x→0lim(tanx)sinx
(11) x→∞lim(tan2x+1πx)x1
(1) 解:
x→0limx3x−sinx=x→0lim3x21−cosx=x→0lim3x221x2=61
(2) 解:
x→0limx3x−2x2−ln(1+x)=x→0lim3x21−x−1+x1=x→0lim6x−1+(1+x)21=−x→0lim6(1+x)2x+2=−31
(3) 解:
x→1lim1−sin2πxln[cos(x−1)]=x→1lim1−sin2πxcos(x−1)−1=x→1lim−2πcos2πx−sin(x−1)=x→1lim2πcos2πxx−1=x→1lim−4π2sin2πx1=−π24
(4) 解:
x→0limln(1+x2)ex−1+2x=x→0limx2ex−1+2x
令 t=1+2x→1,则 x=2t2−1,代入得:
x→0limx2ex−1+2x=t→1lim4(t2−1)2e2t2−1−t=t→1lim(t2−1)tte2t2−1−1=t→1lim3t2−1(1+t2)e2t2−1=1
(5) 解:
x→0limx2ex21=x→0limx21ex21=x→0lim−x32ex21(−x32)=x→0limex21=+∞
(6) 解:
x→0lim(sinx1−x1)=x→0limx2x−sinx=x→0lim2x1−cosx=x→0lim2x21x2=x→0lim4x=0
(7) 解:
x→0lim(x1−ex−11)=x→0limx(ex−1)ex−1−x=x→0limx2ex−1−x=x→0lim2xex−1=x→0lim2xx=21
(8) 解:
x→0limx2xtanx−1=x→0limx3tanx−x=x→0lim3x2sec2x−1=x→0lim3x2tan2x=31x→0lim(xtanx)x21=x→0limex2xtanx−1=e31
(9) 解:
x→0limxln(lnx)=x→0limx1ln(lnx1)=x→0lim(−x21)lnx11x(−x21)=x→0limlnx1x=0x→0lim(lnx1)x=x→0limexln(lnx)=1
(10) 解:
x→0limsinxln(tanx)=x→0limsinx1ln(tanx)=x→0lim−cscxcotxtanxsec2x=x→0lim−cscxsec2x=−x→0limcos2xsinx=0x→0lim(tanx)sinx=x→0limesinxln(tanx)=1
(11) 解:令 t=2x+1πx→2π,则:
x→∞limxlntan2x+1πx=t→2πlimπ−2ttlntant=t→2πlim(π−2t)2πtantsec2t=t→2πlimπsintcost(π−2t)2=t→2πlimπcost(π−2t)2=t→ip2limπsint4(π−2t)=0x→∞lim(tan2x+1πx)x1=x→∞limexlntan2x+1πx=1
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已知 f(x)=⎩⎨⎧xg(x),0,x=0x=0,其中 g(0)=0,g′(0)=0,g′′(0)=A,求 f′(0)。
解:
f′(0)=x→0limxxg(x)=x→0limx2g(x)=x→0lim2xg′(x)=x→0lim2g′′(x)=2A
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设 f(x) 在点 x 处有二阶导数,求证:f′′(x)=h→0limh2f(x+h)+f(x−h)−2f(x)。由此推出结论:若 f(x) 是二阶可导的凸函数,必有 f′′(x)≥0。
证明:
h→0limh2f(x+h)+f(x−h)−2f(x)=h→0limhhf(x+h)−f(x)−hf(x)−f(x−h)=h→0limhf′(x)−f′(x−h)=f′′(x−h)=f′′(x)
由于 f(x) 是二阶可导的凸函数,由凸函数性质可知,f(x+h)+f(x−h)≥2f(x),从而证得 f′′(x)≥0。
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设 x1=1,xn+1=ln(1+xn),n=1,2,⋯,求极限 n→∞limnxn。
解:已知 1≥x1>0,假设 1≥xn>0,则:
xn+1−xn=ln(1+xn)−xn<0
即数列 {xn} 单调递减。又由于当 xn>0 时,xn+1=ln(1+xn)>0,因此 0 是数列 {xn} 的一个下界,因此数列 {xn} 收敛,设 n→∞limxn=A,对递推式两边取极限:
A=ln(1+A)
解得 A=0。由斯图尔兹定理:
n→∞limnan=n→∞liman1n=n→∞liman+11−an11=n→∞liman−an+1anan+1=n→∞liman−ln(1+an)anln(1+an)
设函数 f(x)=xln(1+x)x−ln(1+x),由洛必达法则:
x→0limxln(1+x)x−ln(1+x)=x→0limln(1+x)+1+xx1−1+x1=x→0lim(1+x)ln(1+x)+xx=x→0lim2+ln(1+x)1=21
由海涅定理可知,n→∞liman−ln(1+an)anln(1+an)=2,即 n→∞limnxn=2
没想到利用海涅定理将数列极限转化为函数极限再用洛必达求出函数极限