考研数学中计算函数在某一点的左右极限,需遵循以下步骤和注意事项:
一、左右极限的定义
左极限:
当自变量从左侧趋近于某一点$a$时,函数值的极限,记作$\lim_{x \to a^-} f(x)$。
右极限:
当自变量从右侧趋近于某一点$a$时,函数值的极限,记作$\lim_{x \to a^+} f(x)$。
二、计算方法
直接代入法
若函数在点$a$的邻域内连续,可直接将$a$代入函数计算极限。
*示例*:$\lim_{x \to 2} (3x - 1) = 3 \times 2 - 1 = 5$。
化简与等价无穷小替换
- 化简函数表达式,消去分母为零的点。
- 使用等价无穷小替换(如$\sin x \sim x$,$e^x - 1 \sim x$)简化计算。
洛必达法则
当遇到$\frac{0}{0}$或$\frac{\infty}{\infty}$型不定式时,可对分子分母分别求导再取极限。
*示例*:$\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{\cos x}{1} = 1$。
泰勒公式展开
对含$\sin x$、$\cos x$、$e^x$等函数的极限问题,可通过泰勒公式展开后求极限。
三、注意事项
分段函数处理
需分别计算分段点处的左极限和右极限,若两者不等则极限不存在。
*示例*:$f(x) = \begin{cases} x + 1, & x < 1 \\ 2 - x, & x \geq 1 \end{cases}$,$\lim_{x \to 1^-} f(x) = 2$,$\lim_{x \to 1^+} f(x) = 1$,极限不存在。
特殊函数处理
- $e^x$、$(1+x)^a$等可利用等价无穷小或泰勒展开;
- $\ln(1+x)$在$x \to 0$时可用$\ln(1+x) \sim x$替换。
极限不存在的情况
若左极限或右极限中有一个不存在,则函数在该点极限不存在。
四、示例题
计算$\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{x}$:
直接代入:$\frac{e^0 - 1}{0}$,分母为零,需用洛必达法则;
洛必达法则:$\lim_{x \to 0} \frac{e^x}{1} = 1$。
总结
计算左右极限需结合函数类型选择方法,注意分段函数和特殊点的处理。通过化简、等价无穷小、洛必达法则等技巧,可有效解决大多数极限问题。