零之间的零不确定性 (0/0)

在本文中,我们将解释当不确定性为 0/0 时如何保存函数的极限。此外,您还可以通过已解决的练习来练习零与零之间的不确定性。

如何解决零(0/0)之间的零不确定性

然后,我们将了解当函数给出零 (0/0) 之间的零不确定性时,如何计算函数的极限。为此,我们将逐步计算一个示例:

\displaystyle\lim_{x \to 2} \frac{x^2-x-2}{x^2-3x+2}

我们首先尝试通过将 x 的值代入函数来计算极限:

\displaystyle\lim_{x \to 2} \frac{x^2 - x -2}{x^2-3x+2}=\frac{2^2 -2-2}{2^2-3\cdot 2+2}=\frac{0}{0}

但我们得到不确定性 0 除以 0。

当点函数的极限给出不确定性 0/0时,需要对分子和分母的多项式进行因式分解,然后简化公因式。

因此,我们必须对分数的分子和分母的多项式进行因式分解。为此,我们使用鲁菲尼规则:

不确定性因式分解 0/0

如果您不知道如何分解多项式,我们建议您查看我们专门研究多项式的网站上的说明: www.polinomios.org

因此,一旦对多项式进行因式分解,极限如下:

\displaystyle\lim_{x \to 2} \cfrac{x^2-x-2}{x^2-3x+2}=\lim_{x \to 2}\frac{(x+1)(x-2)}{(x-1)(x-2)}

现在,我们可以通过消除分数分子和分母中重复的因子来简化极限:

\displaystyle\lim_{x \to 2} \cfrac{(x+1)\cancel{(x-2)}}{(x-1)\cancel{(x-2)}}=\lim_{x \to 2} \cfrac{(x+1)}{(x-1)}

最后,我们重新计算极限:

\displaystyle\lim_{x \to 2} \cfrac{x+1}{x-1}=\cfrac{2+1}{2-1}=\cfrac{3}{1}=\bm{3}

正如你所看到的,一旦我们对多项式进行因式分解和化简,就很容易找到极限解。

不确定性 0/0 有根

我们刚刚看到了有理函数的 0/0 不确定性是如何解决的。然而,如果极限是无理(或根式)函数,则 0/0 不确定性的解析方式不同。

\displaystyle\lim_{x \to 1} \frac{x-1}{\sqrt{x}-1}

首先,我们尝试通过执行以下操作来解决该限制:

\displaystyle\lim_{x \to 1} \frac{x-1}{\sqrt{x}-1}=\frac{1-1}{\sqrt{1}-1}=\frac{0}{0}

但我们的不确定性为零。

如果有根函数的极限给出不确定性 0/0 ,则必须将分数的分子和分母乘以根式表达式的共轭。

➤ 请记住,共轭是相同的无理表达式,但修改了中间符号。

接下来,我们将分数的分子和分母都乘以根式表达式的共轭:

\displaystyle\lim_{x \to 1} \frac{\left(x-1\right)\cdot\left(\sqrt{x}+1\right)}{\left(\sqrt{x}-1\right)\cdot\left(\sqrt{x}+1\right)}

在这种类型的限制内,通过执行此步骤,我们将始终获得可以简化的显着身份。在这种情况下,分母中我们有和与差的乘积,因此:

\displaystyle\lim_{x \to 1} \frac{\left(x-1\right)\cdot\left(\sqrt{x}+1\right)}{\left(\sqrt{x}\right)^2-1^2}

\displaystyle\lim_{x \to 1} \frac{\left(x-1\right)\cdot\left(\sqrt{x}+1\right)}{x-1}

我们简化分子和分母中重复的因子:

\displaystyle\lim_{x \to 1} \frac{\cancel{\left(x-1\right)}\cdot\left(\sqrt{x}+1\right)}{\cancel{x-1}}=\lim_{x \to 1}\left(\sqrt{x}+1\right)

这样我们就可以求出极限的结果:

\displaystyle\lim_{x \to 1}\left(\sqrt{x}+1\right)=\sqrt{1}+1=2

已解决不确定性练习 0/0

下面我们准备了几个关于给出 0/0 不确定性的函数极限的逐步解决练习。您可以尝试执行这些操作,然后检查解决方案。

不要忘记,您可以在评论中向我们询问有关解决限制的任何问题!

练习1

计算以下有理函数在点 x=-2 处的极限。

\displaystyle\lim_{x \to -2}\frac{x^2 +2x}{x^2-x-6}

从逻辑上讲,我们首先尝试解决极限:

\displaystyle\lim_{x \to -2} \frac{x^2 +2x}{x^2-x-6}=\frac{(-2)^2+2\cdot (-2)}{(-2)^2-(-2)-6}=\frac{4-4}{4+2-6}=\frac{0}{0}

但我们最终得到 0/0 不确定性。因此,我们必须对分子和分母的多项式进行因式分解:

\displaystyle\lim_{x \to -2}\frac{x^2 +2x}{x^2-x-6}=\lim_{x \to -2}\frac{x(x+2)}{(x+2)(x-3)}

现在我们通过删除分子和分母中重复的括号来简化分数:

\displaystyle\lim_{x \to -2}\frac{x\cancel{(x+2)}}{\cancel{(x+2)}(x-3)}=\lim_{x \to -2}\frac{x}{x-3}

最后,我们用简化分数重新计算极限:

\displaystyle\lim_{x \to -2}\frac{x}{x-3}=\cfrac{-2}{-2-3}=\cfrac{-2}{-5}=\mathbf{\cfrac{2}{5}}

练习2

当 x 接近 -1 时,求解以下函数的极限:

\displaystyle\lim_{x \to -1}\frac{x^3+2x^2-x-2}{x^3-5x^2+2x+8}

我们首先像往常一样尝试解决限制:

\displaystyle\lim_{x \to -1}\frac{x^3+2x^2-x-2}{x^3-5x^2+2x+8}=\frac{(-1)^3+2(-1)^2-(-1)-2}{(-1)^3-5(-1)^2+2(-1)+8} =\frac{0}{0}

但我们得到 0 之间的不确定性 0。因此,我们必须对分数的 2 个多项式进行因式分解:

\displaystyle\lim_{x \to -1}\frac{x^3+2x^2-x-2}{x^3-5x^2+2x+8}=\lim_{x \to -1}\frac{(x-1)(x+1)(x+2)}{(x+1)(x-2)(x-4)}

我们现在可以简化多项式:

\displaystyle\lim_{x \to -1}\frac{(x-1)\cancel{(x+1)}(x+2)}{\cancel{(x+1)}(x-2)(x-4)}=\lim_{x \to -1}\frac{(x-1)(x+2)}{(x-2)(x-4)}

我们解决极限:

\displaystyle\lim_{x \to -1} \frac{(x-1)(x+2)}{(x-2)(x-4)}=\frac{ (-1-1)(-1+2)}{(-1-2)(-1-4)}=\frac{(-2)\cdot (1)}{(-3)\cdot (-5)}=\frac{\bm{-2}}{\bm{15}}

练习3

确定下列根式函数极限的解:

\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{x^2-3x+2}{2-\sqrt{2x}}

首先,我们检查极限是否给出某种不确定性:

\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{x^2-3x+2}{2-\sqrt{2x}}=\frac{2^2-3\cdot2+2}{2-\sqrt{2\cdot 2}}=\frac{4-6+2}{2-2}=\frac{0}{0}

极限给出了不确定性零除以零,我们在函数中有一个根。因此,我们必须将分数的分子和分母乘以根式表达式的共轭:

\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{\left(x^2-3x+2\right)\cdot \left(2+\sqrt{2x}\right)}{\left(2-\sqrt{2x}\right)\cdot \left(2+\sqrt{2x}\right)}

分母对应于和与差的乘积的显着恒等式的发展,因此我们可以简化它:

\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{\left(x^2-3x+2\right)\cdot \left(2+\sqrt{2x}\right)}{2^2-\left(\sqrt{2x}\right)^2}

\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{\left(x^2-3x+2\right)\cdot \left(2+\sqrt{2x}\right)}{4-2x}

然而,我们还不能简化分数项。因此我们必须对多项式进行因式分解:

\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{\left(x^2-3x+2\right)\cdot \left(2+\sqrt{2x}\right)}{4-2x}=\lim_{x\to 2}\frac{(x-1)(x-2)\cdot\left(2+\sqrt{2x}\right)}{-2(x-2)}

这样我们就可以简化分数:

\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{(x-1)\cancel{(x-2)}\left(2+\sqrt{2x}\right)}{-2\cancel{(x-2)}}=\lim_{x\to 2}\frac{(x-1)\left(2+\sqrt{2x}\right)}{-2}

现在我们可以确定极限的结果:

\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{(x-1)\left(2+\sqrt{2x}\right)}{-2}=\frac{(2-1)\left(2+\sqrt{2\cdot 2}\right)}{-2}=\frac{1\cdot (2+2)}{-2}=\bm{-2}

练习4

计算以下根式函数的 x 接近 0 时的极限:

\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{x^2+6x}{3-\sqrt{4x+9}}

首先,我们像往常一样尝试计算函数的极限:

\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{x^2+6x}{3-\sqrt{4x+9}}=\frac{0+0}{3-\sqrt{4\cdot 0+9}}=\frac{0}{3-3}=\frac{0}{0}

但我们得到了 0/0 的不确定形式。因此,我们将函数的分子和分母乘以无理表达式的共轭:

\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\left(x^2+6x\right)\cdot\left(3+\sqrt{4x+9}\right)}{\left(3-\sqrt{4x+9}\right)\cdot\left(3+\sqrt{4x+9}\right)}

我们应用相应的著名恒等公式来简化分母:

\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\left(x^2+6x\right)\cdot\left(3+\sqrt{4x+9}\right)}{3^2-\left(\sqrt{4x+9}\right)^2}

\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\left(x^2+6x\right)\cdot\left(3+\sqrt{4x+9}\right)}{9-(4x+9)}

\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\left(x^2+6x\right)\cdot\left(3+\sqrt{4x+9}\right)}{-4x}

现在我们通过取公因子来对分子的二项式进行因式分解:

\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\left(x^2+6x\right)\cdot\left(3+\sqrt{4x+9}\right)}{-4x}=\lim_{x\to 0}\frac{\bigl[x(x+6)\bigr]\cdot\left(3+\sqrt{4x+9}\right)}{-4x}

我们简化函数分子和分母中重复的因子:

\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\cancel{x}\left(x+6\right)\left(3+\sqrt{4x+9}\right)}{-4\cancel{x}}=\lim_{x\to 0}\frac{(x+6)\left(3+\sqrt{4x+9}\right)}{-4}

最后,我们解决了函数的极限:

\begin{array}{l}\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{(x+6)\left(3+\sqrt{4x+9}\right)}{-4}=\\[3ex]\displaystyle=\frac{(0+6)\left(3+\sqrt{4\cdot 0+9}\right)}{-4}=\\[3ex]\displaystyle=\frac{6\cdot (3+3)}{-4}=\frac{36}{-4}=\bm{-9}\end{array}

练习5

使用 0/0 不确定性方法求解以下极限:

\displaystyle\lim_{x \to -1}\frac{x^3+2x^2-x-2}{x^3+5x^2+7x+3}

请参阅:如何计算函数的横向极限

我们首先尝试解决限制:

\displaystyle\lim_{x \to -1}\frac{x^3+2x^2-x-2}{x^3+5x^2+7x+3}=\frac{(-1)^3+2(-1)^2-(-1)-2}{(-1)^3+5(-1)^2+7(-1)+3}=\frac{0}{0}

但在极限情况下,我们获得了零对零的不确定性。因此,我们对分子和分母的多项式进行因式分解:

\displaystyle\lim_{x \to -1}\frac{x^3+2x^2-x-2}{x^3+5x^2+7x+3}=\lim_{x \to -1}\frac{(x-1)(x+1)(x+2)}{(x+1)^2(x+3)}

现在我们通过消除分子和分母中重复的因子来简化分数:

\displaystyle\lim_{x \to -1} \cfrac{(x-1)\cancel{(x+1)}(x+2)}{(x+1)^{\cancel{2}}(x+3)}=\lim_{x \to -1}\cfrac{(x-1)(x+2)}{(x+1)(x+3)}

我们再次计算极限:

\displaystyle\lim_{x \to -1}\frac{(x-1)(x+2)}{(x+1)(x+3)}=\frac{(-1-1)(-1+2)}{(-1+1)(-1+3)}=\frac{-2\cdot 1}{0 \cdot 2}=\frac{-2}{0} =\infty

但现在我们发现数字除以 0 是不确定的。因此,我们必须计算当 x 趋于 -1 时函数的横向极限。

我们首先求解函数在左侧点 x=-1 处的横向极限:

\displaystyle\lim_{x \to -1^{-}}\frac{(x-1)(x+2)}{(x+1)(x+3)}=\frac{(-1-1)\cdot (-1+2)}{(-1+1)\cdot (-1+3)}=\frac{-2}{-0}=+\infty

然后我们计算函数在右侧 x=-1 处的横向极限:

\displaystyle\lim_{x \to -1^{+}}\frac{(x-1)(x+2)}{(x+1)(x+3)}=\frac{(-1-1)\cdot (-1+2)}{(-1+1)\cdot (-1+3)}=\frac{-2}{+0}=-\infty

因此,由于两个横向极限不重合,因此函数在 x=-1 处的极限不存在:

\displaystyle\displaystyle \lim_{x \to -1^-}f(x)= +\infty\neq\lim_{x \to -1^+}f(x)=-\infty\ \bm{\longrightarrow} \ \cancel{\exists} \lim_{x \to -1} f(x)

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