洛必达法则讲解和例题
admin
2024-03-03 23:05:31
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洛必达法则

若满足00,∞∞\dfrac 00,\dfrac \infty\infty00​,∞∞​型,则lim⁡f(x)g(x)=lim⁡f′(x)g′(x)\lim\dfrac{f(x)}{g(x)}=\lim \dfrac{f'(x)}{g'(x)}limg(x)f(x)​=limg′(x)f′(x)​

  • 00,∞∞\dfrac 00,\dfrac \infty\infty00​,∞∞​可直接使用洛必达,∞−∞,0⋅∞,1∞,∞0,00\infty-\infty,0\cdot\infty,1^\infty,\infty^0,0^0∞−∞,0⋅∞,1∞,∞0,00则需转化成00,∞∞\dfrac 00,\dfrac \infty\infty00​,∞∞​才能使用

  • 若lim⁡f′(x)g′(x)\lim \dfrac{f'(x)}{g'(x)}limg′(x)f′(x)​仍满足00,∞∞\dfrac 00,\dfrac \infty\infty00​,∞∞​型,则可继续用lim⁡f′(x)g′(x)=lim⁡f′′(x)g′′(x)\lim\dfrac{f'(x)}{g'(x)}=\lim \dfrac{f''(x)}{g''(x)}limg′(x)f′(x)​=limg′′(x)f′′(x)​

  • 洛必达不是万能的,求极限首选无穷小替换,再用洛必达。


00\dfrac 0000​型未定式

求lim⁡x→0x−sin⁡xx3\lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{x-\sin x}{x^3}x→0lim​x3x−sinx​

解:原式=lim⁡x→01−cos⁡x3x2=lim⁡x→0sin⁡x6x=16lim⁡x→0sin⁡xx=16=\lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{1-\cos x}{3x^2}=\lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{\sin x}{6x}=\dfrac16 \lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{\sin x}{x}=\dfrac 16=x→0lim​3x21−cosx​=x→0lim​6xsinx​=61​x→0lim​xsinx​=61​

如果一开始将sin⁡x\sin xsinx替换为xxx,则原式为000,这样是错误的。无穷小替换一般在乘除时可用,但在加减时要慎用。


∞∞\dfrac{\infty}{\infty}∞∞​型未定式

题1: 求lim⁡x→0+ln⁡sin⁡3xln⁡sin⁡2x\lim\limits_{x\rightarrow0^+}\dfrac{\ln\sin 3x}{\ln\sin 2x}x→0+lim​lnsin2xlnsin3x​
解:原式=lim⁡x→0+1sin⁡3x⋅cos⁡3x⋅31sin⁡2x⋅cos⁡2x⋅2=lim⁡x→0+3cos⁡3x2cos⁡2x⋅lim⁡x→0+sin⁡2xsin⁡3x=32⋅lim⁡x→0+2x3x=32×23=1=\lim\limits_{x\rightarrow 0^+}\dfrac{\frac{1}{\sin 3x}\cdot \cos 3x \cdot 3}{\frac{1}{\sin 2x}\cdot \cos 2x \cdot 2}=\lim\limits_{x\rightarrow 0^+}\dfrac{3\cos 3x}{2\cos 2x}\cdot \lim\limits_{x\rightarrow 0^+}\dfrac{\sin 2x}{\sin 3x}=\dfrac 32\cdot \lim\limits_{x\rightarrow 0^+}\dfrac{2x}{3x}=\dfrac 32\times\dfrac 23=1=x→0+lim​sin2x1​⋅cos2x⋅2sin3x1​⋅cos3x⋅3​=x→0+lim​2cos2x3cos3x​⋅x→0+lim​sin3xsin2x​=23​⋅x→0+lim​3x2x​=23​×32​=1

x→0x\rightarrow0x→0,aaa为常数,则cos⁡ax\cos axcosax趋近于111


题2: 求lim⁡x→+∞xex2x+ex\lim\limits_{x\rightarrow+\infty}\dfrac{xe^{\frac x2}}{x+e^x}x→+∞lim​x+exxe2x​​

解:原式=lim⁡x→+∞ex2+x2ex21+ex=lim⁡x→+∞2ex2+xex22+2ex=lim⁡x→+∞2ex2+x2ex22ex=lim⁡x→+∞4+x4ex2=lim⁡x→+∞12ex2=0=\lim\limits_{x\rightarrow+\infty}\dfrac{e^{\frac x2}+\frac x2e^{\frac x2}}{1+e^x}=\lim\limits_{x\rightarrow+\infty}\dfrac{2e^{\frac x2}+xe^{\frac x2}}{2+2e^x}=\lim\limits_{x\rightarrow+\infty}\dfrac{2e^{\frac x2}+\frac x2e^{\frac x2}}{2e^x}=\lim\limits_{x\rightarrow+\infty}\dfrac{4+x}{4e^{\frac x2}}=\lim\limits_{x\rightarrow+\infty}\dfrac{1}{2e^{\frac x2}}=0=x→+∞lim​1+exe2x​+2x​e2x​​=x→+∞lim​2+2ex2e2x​+xe2x​​=x→+∞lim​2ex2e2x​+2x​e2x​​=x→+∞lim​4e2x​4+x​=x→+∞lim​2e2x​1​=0

由于(ex)′=ex(e^x)'=e^x(ex)′=ex,所以我们可以用洛必达法则将不含eee的部分通过求导去掉,留下含有eee的部分再求值。


∞−∞\infty-\infty∞−∞型未定式

求lim⁡x→0(1x2−1xsin⁡x)\lim\limits_{x\rightarrow0}(\dfrac{1}{x^2}-\dfrac{1}{x\sin x})x→0lim​(x21​−xsinx1​)

解:原式=lim⁡x→0sin⁡x−xx2sin⁡x=lim⁡x→0sin⁡x−xx3=−lim⁡x→01−cos⁡x3x2=−lim⁡x→0sin⁡x6x=−16lim⁡x→0sin⁡xx=−16=\lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{\sin x-x}{x^2\sin x}=\lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{\sin x-x}{x^3}=-\lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{1-\cos x}{3x^2}=-\lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{\sin x}{6x}=-\dfrac16 \lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{\sin x}{x}=-\dfrac 16=x→0lim​x2sinxsinx−x​=x→0lim​x3sinx−x​=−x→0lim​3x21−cosx​=−x→0lim​6xsinx​=−61​x→0lim​xsinx​=−61​

此处将∞−∞\infty-\infty∞−∞型转换为00\dfrac 0000​型


0⋅∞0\cdot\infty0⋅∞型未定式

求lim⁡x→0+x2ln⁡x\lim\limits_{x\rightarrow0^+}x^2\ln xx→0+lim​x2lnx

解:原式=lim⁡x→0+ln⁡x1x2=lim⁡x→0+1x−2x3=lim⁡x→0+−x32x=lim⁡x→0+−x22=0=\lim\limits_{x\rightarrow0^+}\dfrac{\ln x}{\frac{1}{x^2}}=\lim\limits_{x\rightarrow0^+}\dfrac{\frac 1x}{-\frac{2}{x^3}}=\lim\limits_{x\rightarrow0^+}-\dfrac{x^3}{2x}=\lim\limits_{x\rightarrow0^+}-\dfrac{x^2}{2}=0=x→0+lim​x21​lnx​=x→0+lim​−x32​x1​​=x→0+lim​−2xx3​=x→0+lim​−2x2​=0

此处将0⋅∞0\cdot\infty0⋅∞型转换为∞∞\dfrac{\infty}{\infty}∞∞​型


1∞1^\infty1∞型未定式

求lim⁡x→1(2−x)1ln⁡x\lim\limits_{x\rightarrow1}(2-x)^{\frac{1}{\ln x}}x→1lim​(2−x)lnx1​

解:原式=elim⁡x→1ln⁡(2−x)1ln⁡x=elim⁡x→1ln⁡(2−x)ln⁡x=elim⁡x→1−12−x1x=elim⁡x→1−x2−x=e−1=e^{\lim\limits_{x\rightarrow1}\ln(2-x)^\frac{1}{\ln x}}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow1}\frac{\ln(2-x)}{\ln x}}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow1}\frac{-\frac{1}{2-x}}{\frac1x}}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow1}-\frac{x}{2-x}}=e^{-1}=ex→1lim​ln(2−x)lnx1​=ex→1lim​lnxln(2−x)​=ex→1lim​x1​−2−x1​​=ex→1lim​−2−xx​=e−1

此处将1∞1^\infty1∞型转换为00\dfrac 0000​型

当x→1x\rightarrow1x→1时,−x2−x-\dfrac{x}{2-x}−2−xx​不满足洛必达法则的要求,不能用洛必达法则,直接等于−1-1−1


000^000未定式

求lim⁡x→0+xx\lim\limits_{x\rightarrow0^+}x^xx→0+lim​xx

解:原式=elim⁡x→0+ln⁡xx=elim⁡x→0+xln⁡x=elim⁡x→0+ln⁡x1x=elim⁡x→0+1x−1x2=elim⁡x→0+−x=e0=1=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0^+}\ln x^x}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0^+}x\ln x}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0^+}\frac{\ln x}{\frac 1x}}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0^+}\frac{\frac 1x}{-\frac{1}{x^2}}}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0^+}-x}=e^0=1=ex→0+lim​lnxx=ex→0+lim​xlnx=ex→0+lim​x1​lnx​=ex→0+lim​−x21​x1​​=ex→0+lim​−x=e0=1

此处将000^000型转换为∞∞\dfrac{\infty}{\infty}∞∞​型


∞0\infty^0∞0型未定式

求lim⁡x→0(cot⁡x)x\lim\limits_{x\rightarrow0}(\cot x)^xx→0lim​(cotx)x

解:原式=elim⁡x→0ln⁡(cot⁡x)x=elim⁡x→0xln⁡cot⁡x=elim⁡x→0ln⁡cot⁡x1x=elim⁡x→0−1cot⁡x1sin⁡2x−1x2=elim⁡x→0x2cot⁡xsin⁡2x=elim⁡x→01cot⁡x=elim⁡x→0tan⁡x=e0=1=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0}\ln(\cot x)^x}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0}x\ln\cot x}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0}\frac{\ln\cot x}{\frac 1x}}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0}\frac{-\frac{1}{\cot x}\frac{1}{\sin^2 x}}{-\frac{1}{x^2}}}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0}\frac{x^2}{\cot x\sin^2 x}}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0}\frac{1}{\cot x}}=e^{\lim\limits_{x\rightarrow0}\tan x}=e^0=1=ex→0lim​ln(cotx)x=ex→0lim​xlncotx=ex→0lim​x1​lncotx​=ex→0lim​−x21​−cotx1​sin2x1​​=ex→0lim​cotxsin2xx2​=ex→0lim​cotx1​=ex→0lim​tanx=e0=1

此处将∞0\infty^0∞0型转换为∞∞\dfrac{\infty}{\infty}∞∞​型

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