两个重要极限
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2.6 两个重要极限
2
).
解
因为
n 1 1 n , < +⋯+ < 2 2 2 2 n +n n +1 n +n n +1
n 1 又 lim 2 = lim = 1, n→ ∞ n + n n→ ∞ 1 1+ n n 1 lim 2 = lim = 1, 由夹逼准则得 n→ ∞ n + 1 n→ ∞ 1 1+ 2 n 1 1 1 lim ( 2 ) = 1. + +⋯+ 2 2 n→ ∞ n +1 n +2 n +n
显然 f ( n + 1) > f ( n), 所以 f ( n ) 是单调递增的 ;
1 1 1 1 f ( n) < 1 + 1 + + ⋯ + < 1 + 1 + + ⋯ + n −1 2! n! 2 2
所以 f ( n )是有界的 ; 1n 所以 lim xn 存在. 记为lim(1 + ) = e (e = 2.71828⋯ ) n→ ∞ n→∞ n
这个重要极限, 可写成 这个重要极限
lim u u→0
sinu
= 1 其中, u可以为函数.
例2.
sin kx 求 lim x →0 x
sin kx sin kx 解:lim = lim k ⋅ x →0 x →0 x kx
sin kx = k ⋅ lim x → 0 kx
= k·1= k
例3.
∵ f ( x ) g( x ) = f ( x ) g( x ) ≤ M f ( x )
∴ − M f ( x ) ≤ f ( x ) g( x ) ≤ M f ( x )
).
解
因为
n 1 1 n , < +⋯+ < 2 2 2 2 n +n n +1 n +n n +1
n 1 又 lim 2 = lim = 1, n→ ∞ n + n n→ ∞ 1 1+ n n 1 lim 2 = lim = 1, 由夹逼准则得 n→ ∞ n + 1 n→ ∞ 1 1+ 2 n 1 1 1 lim ( 2 ) = 1. + +⋯+ 2 2 n→ ∞ n +1 n +2 n +n
显然 f ( n + 1) > f ( n), 所以 f ( n ) 是单调递增的 ;
1 1 1 1 f ( n) < 1 + 1 + + ⋯ + < 1 + 1 + + ⋯ + n −1 2! n! 2 2
所以 f ( n )是有界的 ; 1n 所以 lim xn 存在. 记为lim(1 + ) = e (e = 2.71828⋯ ) n→ ∞ n→∞ n
这个重要极限, 可写成 这个重要极限
lim u u→0
sinu
= 1 其中, u可以为函数.
例2.
sin kx 求 lim x →0 x
sin kx sin kx 解:lim = lim k ⋅ x →0 x →0 x kx
sin kx = k ⋅ lim x → 0 kx
= k·1= k
例3.
∵ f ( x ) g( x ) = f ( x ) g( x ) ≤ M f ( x )
∴ − M f ( x ) ≤ f ( x ) g( x ) ≤ M f ( x )
两个重要极限
高等数学 两个重要极限 (Two important limits)
advanced mathematics
sin x 1. lim =1 x0 x
1 0.75 0.5 0.25
f ( x)
5
s i nx x
10 15
-15
-10
-5
o
-0.25 -0.5
高等数学 两个重要极限 (Two important limits)
例10
解
求极限
2x 3 x lim( ) . x 2 x 1
2x 3 x 2 l i m( ) l i m(1 )x x 2 x 1 x 2x 1
2 x 1 2 x 2 2 x 1
2 lim(1 ) x 2x 1
2 lim(1 ) x 2x 1
2 x 1 1 2 2
e
2x x 2 x 1 lim
e.
2 (1 ) 2x 1 lim 1 x 2 2 (1 ) 2x 1
2 x 1 2
e.
高等数学
advanced mathematics
3 1 另解: 2x 3 x 2x )x l i m( ) l i m( x 2 x 1 x 1 1 2x 3 x 3 x l i m(1 ) (1 ) x 2x 2 x lim x 1 x 1 x l i m(1 ) (1 ) x 2x 2x
4x 1 5 x
解
4 2 (2)求 lim(1 ) x 3x 3x 3x 4 2 4 4 2 e2 lim(1 ) lim(1 ) x x 3x 3x
e .3 x
第五节 两个重要极限
x u 5
类型5： 幂指式的极限，先利用幂的有关运 算把式子变换成含有标准式，再用公式
求.
练习
3 x 2x 求 lim( ) . x 2 x
极限的常用计算方法
1.代入法
x 4 3x 8 lim 2 x 2 x x 3
0 2.多项式的 型，分子分母同时分解， 0 约掉同为无穷小的公因
第5节 两个重要极限
sin x 1. lim 1. x 0 x
sin x 观察函数 当 x 0时的变化趋势 . x
y sin x x
sin x 重要极限lim 1的使用要求: x 0 x
1、式中含有三角函数的分式； 2、分母与正玄函数的角变量相同； 3、角变量趋近于0. sin x 重要极限lim 1的推广(类型四) : x 0 x 公式 要求
x
1 2
例5
计算li m 1 x .
x 0 2 x
解 方法1 令 u = -x,因为 x 0 时 u 0，
( 所以 l i m 1 x l i m 1 u)
x 0 2 x u0
2 u
lim
u0
1
(1 u)
1 . 2 2 1 e u
x 0
2 5 x
答案： e
6
有时，所给函数在自变量的某个趋向 下，底的极限为1，指数的极限为无穷，
人们称这类极限为1 ”型未定式. “
1 重要极限lim 1 e的使用要求: x x
(1)幂指式的底是由1与一个接近于0的变量和 (2)底中的变量与指数间互为倒数.
sin x x 0 lim lim 1 ( 型) x 0 x 0 sin x x 0 sin 推广： lim lim 1(上下一致) 0 0 sin
类型5： 幂指式的极限，先利用幂的有关运 算把式子变换成含有标准式，再用公式
求.
练习
3 x 2x 求 lim( ) . x 2 x
极限的常用计算方法
1.代入法
x 4 3x 8 lim 2 x 2 x x 3
0 2.多项式的 型，分子分母同时分解， 0 约掉同为无穷小的公因
第5节 两个重要极限
sin x 1. lim 1. x 0 x
sin x 观察函数 当 x 0时的变化趋势 . x
y sin x x
sin x 重要极限lim 1的使用要求: x 0 x
1、式中含有三角函数的分式； 2、分母与正玄函数的角变量相同； 3、角变量趋近于0. sin x 重要极限lim 1的推广(类型四) : x 0 x 公式 要求
x
1 2
例5
计算li m 1 x .
x 0 2 x
解 方法1 令 u = -x,因为 x 0 时 u 0，
( 所以 l i m 1 x l i m 1 u)
x 0 2 x u0
2 u
lim
u0
1
(1 u)
1 . 2 2 1 e u
x 0
2 5 x
答案： e
6
有时，所给函数在自变量的某个趋向 下，底的极限为1，指数的极限为无穷，
人们称这类极限为1 ”型未定式. “
1 重要极限lim 1 e的使用要求: x x
(1)幂指式的底是由1与一个接近于0的变量和 (2)底中的变量与指数间互为倒数.
sin x x 0 lim lim 1 ( 型) x 0 x 0 sin x x 0 sin 推广： lim lim 1(上下一致) 0 0 sin
两个重要极限的证明
两个重要的极限1．证明：0sin lim 1x x x→= 证明：如图（a ）作单位圆。
当0<x<2π时，显然有ΔOAD 面积<扇形OAD 面积<ΔOAB 面积。
即111sin 222x x <<tgx ，sinx<x<tgx 。
除以sinx ，得到11sin cos x x x<< 或sin 1cos x x x >>。
（1） 由偶函数性质，上式对02x π-<<时也成立。
故（1）式对一切满足不等式0||2x π<<的x 都成立。
由0lim x →cosx=1及函数极限的迫敛性定理立刻可得0lim x →sin 1x x=。
函数f(x)=sin x x的图象如图（b ）所示。
2．证明：1lim(1)n n n →∞+存在。
证明：先建立一个不等式，设b>a>0，于是对任一自然数n 有 11(1)n n n b a n b b a++-<+-或11(1)()n n n b a n b b a ++-<+-，整理后得不等式1[(1)]n n a b n a nb +>+-。
（1） 令a=1+11n +，b=1+1n ，将它们代入（1）。
由于11(1)(1)(1)(1)11n a nb n n n n +-=++-+=+， 故有111(1)(1)1n n n n ++>++，这就是说1{(1)}n n+为递增数列。
再令a=1，b=1+12n代入（1）。
由于11(1)(1)(1)22n a nb n n n +-=+-+=，故有111(1)22n n >+，12(1)2n n >+。
不等式两端平方后有214(1)2n n >+，它对一切自然数n 成立。
联系数列的单调性，由此又推得数列1{(1)}n n +是有界的。
于是由单调有界定理知道极限1lim(1)n n n→∞+是存在的。
两个重要极限
§2.6 两个重要的极限
两个重要极限
(1)
sin x lim 1 x 0 x
复合形式 :
sin ( x) 若有 lim ( x) 0, 则有 lim 1 ( x)
说明： 上式中分母的变量与分子中正弦符号后面的变
量在形式上必须是一样的, 在 x 的变化过程中,
0 呈“ 0
” 型未定式.
x 1
1 x 1
e
(1 型 )
常用等价无穷小:
当 x 0时， sin x ~ tan x ~ arcsin x ~ arctan x ~ ln(1 x) ~ e 1 ~ x
x
1 2 1 cos x ~ x 2 a (1 x) 1 ~ a x (a 0)
tan 2 x 例1 求 lim . x 0 1 cos x
1 x lim (1 ) e x x
复合形式：
lim (1 x) e
x 0
1 x
1 ( x) 若有 lim ( x) , 则有 lim[ 1 ] e. ( x)
若有 lim ( x) 0, 则有 lim[ 1 ( x)]
1 ( x)
x0
1 cos 2 x ( 2) lim ; x 0 x sin x
x 1 cos x
;
sin 3 x (4)lim ; x 0 3
sin( x 2) (5)lim ; x2 x2
1 (6) lim x sin . x x
1 n （2） lim (1 ) e n n
x 求 lim 2 x x 1
2 x
x2 x x （提示：2 ） x 1 x 1 x 1
两个重要极限
(1)
sin x lim 1 x 0 x
复合形式 :
sin ( x) 若有 lim ( x) 0, 则有 lim 1 ( x)
说明： 上式中分母的变量与分子中正弦符号后面的变
量在形式上必须是一样的, 在 x 的变化过程中,
0 呈“ 0
” 型未定式.
x 1
1 x 1
e
(1 型 )
常用等价无穷小:
当 x 0时， sin x ~ tan x ~ arcsin x ~ arctan x ~ ln(1 x) ~ e 1 ~ x
x
1 2 1 cos x ~ x 2 a (1 x) 1 ~ a x (a 0)
tan 2 x 例1 求 lim . x 0 1 cos x
1 x lim (1 ) e x x
复合形式：
lim (1 x) e
x 0
1 x
1 ( x) 若有 lim ( x) , 则有 lim[ 1 ] e. ( x)
若有 lim ( x) 0, 则有 lim[ 1 ( x)]
1 ( x)
x0
1 cos 2 x ( 2) lim ; x 0 x sin x
x 1 cos x
;
sin 3 x (4)lim ; x 0 3
sin( x 2) (5)lim ; x2 x2
1 (6) lim x sin . x x
1 n （2） lim (1 ) e n n
x 求 lim 2 x x 1
2 x
x2 x x （提示：2 ） x 1 x 1 x 1
两个重要极限
x
元
。
现在若以天为单位计算复利，则x年末资金变为：
Q
1
r 365
365
x
元
；
若以
1 n
年为单位计算复利，则x年末末资金变为：Q
1
r n
nx
元
；
若令 n ，即每时每刻计算复利（称为连续复利）则x年末末资金为：
lim
n
Q
1
r n
nx
=
Q
lim
n
1
r n
n r
rx
=Q erx 元 。
高等数学
或若
lim
xa
x
0
a可以是有限数x 0
， ，
则
1
1
x
x
lim1 x lim 1 x e 。
xa
x0
例1.5 求
lim
x
1
2 x
x
。
解 令 2 t ，则 x 2 当 x 时 t 0 ，于是
x
t
lim
x
1
2 x
x
lim t0
1 t
2 t
ltim0
1 t
1 2 t
x0 x
t0 sint
两个重要极限
1.2 第二个重要极限：
lim
x
1
1 x
x
e
注意：这个重要极限也可以变形和推广：
(1) 令 1，则t x
时 x 代入后得t 到 0
1
lim1 t t
t0
e
；
(2) 若limxa Nhomakorabeax
a可以是有限数x 0
， ， 则
两个重要极限公式
两个重要极限公式
两个重要极限公式：极限是微积分中的基础概念，它指的是变量在一定的变化过程中，从总的来说逐渐稳定的这样一种变化趋势以及所趋向的值（极限值）。
1、第一个重要极限的公式：
lim sinx / x = 1 (x->0)当x→0时，sin / x的极限等于1。
特别注意的是x→∞时，1 / x是无穷小，根据无穷小的性质得到的极限是0。
2、第二个重要极限的公式：
lim (1+1/x) ^x = e（x→∞）当x →∞时，（1+1/x）^x的极限等于e；或当x →0 时，(1+x）^（1/x）的极限等于e。
极限的求法
连续初等函数，在定义域范围内求极限，可以将该点直接代入得极限值，因为连续函数的极限值就等于在该点的函数值。
利用恒等变形消去零因子（针对于0/0型）
利用无穷大与无穷小的关系求极限。
利用无穷小的性质求极限。
利用等价无穷小替换求极限，可以将原式化简计算。
利用两个极限存在准则，求极限，有的题目也可以考虑用放大缩小，再用夹逼定理的方法求极限。
2-3节两个重要极限
222 xxx222
xx 22
22
11
1122
111llliiimm 222xxx00
1 。
ssiinn222 xx 22
xx 22
22
22xx00
xx 22
22
2
重要极限(I)：lim sin x 1 ， lim sin (x) 1 ((x) 0 )。
x0 x
( x)
例53． 求lim x0
1 cos x x2
。
解解：：解解：l：imlliimm1 x0xx00
11coccsooxss x 2xx22
xx
11lliimmssiinn
222ssisniinn222xxx
limlliimm
xxx000
lim sin x lim 1 1 。 x0 x x0 cos x
重要极限(I)：lim sin x 1 ， lim sin (x) 1 ((x) 0 )。
x0 x
( x)
例例22． 求lim sin kx (k0)。 x0 x
解解解：：：lilmimssininkkxxkklliimm ssiinn kx
x
3
2
x2 3
3
lim1 x
x
3
2
2
e3.
解法2
1 1 x lim1 1 x
原式
lim
x
1
x 2 x
x lim1
x 2
x
x
x x
其中
lim1
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重要极限2 lim (1 1)x e. x x
证 因为对任何实数x 1，都有[x] x [x] 1，所以
(1 1 )[x] (1 1)x (1 1 )[x]1
[x] 1
x
[x]
当x 时，[x]和[x] 1都以整数变量趋于 ,从而
lim (1
x
1 )[x] [x] 1
lim
下面我们来证明limcos x 1. x0
因为
0 ≤ 1 cos x 2sin2 x 2sin x sin x ≤ 21 x x,
2
22
2
且 lim x 0, 所以由定理6推得 lim(1 cos x) 0，
x0
x0
可知lim cos x 1, 又因为lim1 1, 所以再次
x0
5.极限的运算法则
(1) lim( f ( x) g(x)) lim f ( x) lim g(x)
(2) lim[ f (x) g(x)] limf (x) limg(x)
(3)
若
limg(x) 0，lim
f (x) g(x)
limf (x) . limg(x)
(4) lim[cf ( x)] c lim f ( x)
x
－0.1 0.99833
－0.01 0.99998
－0.001 …. 0.9999998
lim sin x 1 x0 x
证明
证
sin x
lim
1.
x x0＋
即 sin x x tan x
各式同除以sin x (因为sin x 0),得 1 x 1 , sin x cos x
即 cos x sin x 1. x
(1
1
x
)
2.868
2.732
x
-1000 -10000
2.720 2.7183
-100000 …
2.71828
lim(1 1 ) x e
x
x
lim(1 1 )x e (1 )
x
x
令t 1,
lim(1
1 )x
lim(1
1
t)t
e
x x
x
t0
1
lim(1 t)t e (1 )
t 0
1
例 2 求 lim sin 5x x0 x
解： lim sin 5x lim 5sin 5x 5lim sin 5x
x0 x
x0 5x
x0 5x
令 5x t, 当 x 0 时,有 t 0
所以 ,原式 5lim sin t t0 t
51 5
注：在运算熟练后可不必代换，直接计算：
推广：
lim sin 5x 5lim sin 5x 51 5
从而有
cosx sinx 1.
(8)
x
注意 cos x 1 2sin 2 x 1 2( x)2 1 x2 ,
2
2
由上式与(8)式得 1 x2 sin x 1. 2x
因为 lim(1 x2 ) 1, lim1 1,
x0
2
x0
由夹逼准则，可得
lim sin x 1. x0 x
x
(1
1 )[x]1(1 [x] 1
[
1 x]
) 1
1
e 1 e.
又
lim (1
x
1 )[ x]1 [x]
lim
x
(1
1 )[x] (1 [x]
[1x])
e 1 e.
由夹逼准则知 lim (1 1)x e.
x
x
下面证 lim (1 1)x e.
x0
x0 sin 3x
33
4、 lim sin x _____0_____.
x 2x
1
5、 lim(1 x) x ____e_____.
x0
6、
lim (1 x )2x x x
__lixm____1__1x_
x
2
e2
1
7、
lim (1
x
1)x x
____e_____.
思考题
计算
lim
x
(5) lim[ f ( x)]k [lim f ( x)]k
❖第一个重要极限 lim sin x ?
x0 x
X
1
0.5
sin x
0.84147 0.95885
x
0.1 0.99833
0.01 0.99998
0.001 …. 0.9999998
X －1 －0.5
sin x
0.84147 0.95885
x0 x
x0 5x
设 为某过程中的无穷小量 ,
lim sin 1 某过程
练习1. 求下列极限:
（1） lim sin 3x x0 x
解：lim sin 3x lim 3sin 3x 3lim sin 3x 31 3x0ຫໍສະໝຸດ xx0 3xx0 3x
（2） lim sin 5x x0 3x
解：lim sin 5x lim(sin 5x)(5) 1 5 5
则sin x =BD，tan x=AC，
SOAB S扇形OAB SOAC , 当0 x π时，
2
1 sin x 1 x 1 tan x,
2
22
即 sin x x tan x.
而当 π x 0时, 有0 x π ,从而有
2
2
sin(x) x tan(x),
即 sin x x tan x. 即当 0 | x | π时，有 | sin x || x || tan x | .
所以
lim1
2
xx
2
lim(1 u) u
x0
u0
1
lim[(1 u)u ]2 u0
1
[lim(1 u)u ]2 u0
e2
方法二 掌握熟练后可不设新变量
2
1
lim 1 x x lim[(1 x) x ]2
x0
x0
[lim(1
1
x) x
]2
x0
e2
例3 lim( x 1)3x x x
x
x
解 因为
1
x
1 2
1
1
1
x
2
，
且
lim
1 1 x
e，
x x
x x
所以，有
lim
x
1 1 2
lim
1
1
1
x
2
x x x x
1
lim1
1
x 2
1
e2 .
x x
例2
计
算
lim1
2
xx
.
x0
解 方法一 令 u = -x， 因为 x 0 时 u 0，
x0 3x x0 5x 3
33
使用 lim sin x 1 时须注意 : x0 x
(1)类型：
0型 0
sin
(2)推广形式:
lim
某过程
1
（ lim 0 ） 某过程
(3)等价形式： lim x 1 x0 sin x
例3
求
lim
x1
sin(x 1) x2 1
解
lim
x1
sin(x 1) x2 1
lim
x1
sin(x 1) (x 1)(x 1)
sin(x 1) lim[ x1 x 1
1] x 1
lim sin(x 1) lim x1 x 1 x1
1 x 1
1 1 1 11 2
例 4 求 lim x sin 1
x
x
解
lim x sin 1
x
x
sin 1
lim x
x 1
1
x
思考题
lim sin x lim 1 sin x
练习8. lim x sin x ___1___
x x
练习9. lim x sin x __0____
x0
x
❖第二个重要极限 lim (1 1 )x ?
x
x
X 10 100 1000 10000 100000 …
(1
1
x
)
2.594
2.705
2.717 2.718
2.71827
x
X -10 -100
1
20 lim (1 ) e. 某过程
练习题
1、 lim sin x
x0 x
lim sin x x0 x
2、 lim sin 2x lim sin 2x lim sin 2x 3x 2 x0 sin 3x x0 sin 3x x0 2x sin 3x 3
3、 lim x cot3x lim 3x cos3x 1 1
推广 为某过程中的无穷小量 , lim (1 ) e 某过程
使用 lim(1 1)x e 须注意 :
x
x
(1)类型:
1 型
1
(2)推广形式: lim (1 ) e 某过程
（ lim 0 ） 某过程
1
(3)等价形式：lim(1 t)t e t 0
x
例 1 计 算 lim1 1 2 .
§1-4
极限 lim sin x x0 x
极限 lim (1
x
1 x
)x
❖预备知识
1.有关三角函数的知识
tan x sin x cos x
sin0 0 cos0=1 | sin x |1 | cos x | 1
2.有关对数函数的知识
ln x loge x