微积分 · 追问笔记
THE CALCULUS LIFESAVER / 第 14 章

洛必达法则与极限总览

识别不定式,满足条件后使用洛必达,并能选择更合适的替代方法。

4 组核心追问3 组练习原书 pp. 293–306

先修:第 4、7、9、13 章

这一章怎么读
  1. 先看问题,暂停一下,用自己的话作答。
  2. 卡住时只展开提示,再阅读推理与公式。
  3. 独立做三组练习;隔一天不看解答重做错题。

建议将一章分成数次学习;以能解释理由、独立做题为进度标准。

本章目录14.1.1–14.1.2 可直接使用的两类14.1.3–14.1.4 差与乘积14.1.5–14.1.6 幂型不定式14.2 极限方法总览
追问 01

14.1.1–14.1.2 可直接使用的两类

为什么不能对任意商极限分别求导?

先看一个提示

试想分母并不趋零时,导数比还代表原比例吗?

展开推理与讲解

洛必达适用于 0/00/0 或无穷比无穷形式。要求附近去心区间内可导、分母导数不为零,且导数比的极限存在(可为无穷);单侧与无穷远有对应版本。每次再次使用前都要重新检查不定式。这里取的是导数之比,不是商的导数。

limfg=limfg在法则条件成立时\lim\frac fg=\lim\frac{f'}{g'}\quad\text{在法则条件成立时}
追问 02

14.1.3–14.1.4 差与乘积

\infty-\infty00\cdot\infty 怎样变成商?

先看一个提示

通分、有理化,或把一个因子移到分母。

展开推理与讲解

无穷减无穷可通分或乘共轭;零乘无穷可写成 f/(1/g)f/(1/g)g/(1/f)g/(1/f)。应选择求导后更简单的形式。变形仍要遵守定义域与符号,避免产生新的无定义表达式。

fg=f1/g,AB=ABA+Bfg=\frac f{1/g},\qquad \sqrt A-\sqrt B=\frac{A-B}{\sqrt A+\sqrt B}
追问 03

14.1.5–14.1.6 幂型不定式

11^\infty 的底数趋 1,为什么结果不必等于 1?

先看一个提示

微小偏离被巨大指数累积。

展开推理与讲解

对正底数的幂 y=fgy=f^g 取对数,先求 lny=glnf\ln y=g\ln f 的极限,再指数化。1,00,01^\infty,0^0,\infty^0 都是形式,不是固定数值。若对数极限是有限 LL,原极限为 eLe^L;正负无穷分别对应无穷和零。

lny=glnfLyeL\ln y=g\ln f\to L\Longrightarrow y\to e^L
追问 04

14.2 极限方法总览

什么时候不用洛必达反而更清楚?

先看一个提示

先辨认结构,而不是看见分式就求导。

展开推理与讲解

先代入分类,再尝试因式分解、共轭、主导项、夹逼、基本三角或指数极限、差商识别,最后考虑洛必达。连续复合可直接代入;振荡常靠夹逼;高阶抵消以后也可用泰勒。数值试验是检查思路的辅助,不是存在性证明。

0/0:化简或求导;有界×0:夹逼0/0:\text{化简或求导};\quad\text{有界}\times0:\text{夹逼}

本章练习 · 先尝试,再揭示

本书没有独立章末习题集。以下明确区分原书例题、正文结论改编及补充自测;页码是印刷页码,链接另标 PDF 页序。延伸问法已在题目或解答中说明。

练习 1 / 3

原书例题重述 · 14.1.1 · 原书 p. 295(PDF 第 320 页)↗

用因式分解和洛必达分别求 limx3(x29)/(x3)\lim_{x\to3}(x^2-9)/(x-3)

写下我的思路
提示一 · 从哪里开始

先检查代入形式。

提示二 · 关键转折

因式为 (x3)(x+3)(x-3)(x+3),导数比为 2x/12x/1

参考解答 · 完成尝试后再展开

约分后极限为 3+3=63+3=6;洛必达条件也成立,导数比极限为 6。两条推理互相验证,而不是对原商使用商法则。

练习 2 / 3

原书例题重述 · 14.1.1 · 原书 p. 295(PDF 第 320 页)↗

limx0(xsinx)/x3\lim_{x\to0}(x-\sin x)/x^3

写下我的思路
提示一 · 从哪里开始

先解释为什么直接以 sinxx\sin x\sim x 替换不够。

提示二 · 关键转折

一次求导后为 (1cosx)/(3x2)(1-\cos x)/(3x^2),再求一次。

参考解答 · 完成尝试后再展开

各阶段均是 0/00/0,两次洛必达得到 sinx/(6x)\sin x/(6x),基本极限给 1/61/6。相减消去了第一阶信息,所以仅知道 sinx/x1\sin x/x\to1 不能直接读出答案。

练习 3 / 3

补充自测 · 对应 14.1.5 · 本笔记编写

limx0(1+2x)1/x\lim_{x\to0}(1+2x)^{1/x}

写下我的思路
提示一 · 从哪里开始

在足够小邻域内底数为正,先取对数。

提示二 · 关键转折

对数极限为 ln(1+2x)/x\ln(1+2x)/x

参考解答 · 完成尝试后再展开

对数是 0/00/0,洛必达给 2/(1+2x)22/(1+2x)\to2,所以原极限为 e2e^2。不能把底数 1 与指数无穷直接当作幂运算。

学习闭环

过关自查

写一段自己的章节总结

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