題目
Problem
- Evaluate the limits.
(a) (10%) (x,y)→(0,0)lim3x4+y2x2ysiny.
(b) (10%) x→0limx(1−cos(5x))2sin3xtan2(3x).
解答
(a)
解法一
思路
展開
直接代入 (0,0) 得 0/0 的不定型,且沿不同路徑趨近時分母的衰減速率可能不同,不能隨便代路徑。關鍵觀察是令 u=x2,分母 3x4+y2=3u2+y2 成為齊次二次型,再引入橢圓極座標 u=3rcosθ、y=rsinθ,把分母統一成 r2,讓整個表達式在 r→0+ 時的行為一目了然。
答題過程
展開
令 u=x2,引入橢圓極座標:令 u=3rcosθ,y=rsinθ,則:
3u2+y2=3⋅3r2cos2θ+r2sin2θ=r2
代入原式,注意 x2=u=3rcosθ:
3x4+y2x2⋅ysiny=r23rcosθ⋅rsinθ⋅sin(rsinθ)=3cosθsinθ⋅sin(rsinθ)
當 r→0+ 時,sin(rsinθ)→0(因為 ∣rsinθ∣≤r→0),故:
(x,y)→(0,0)lim3x4+y2x2ysiny=3cosθsinθ⋅0=0
(極限值為 0,與 θ 無關,故極限確實存在且等於 0。)
(b)
解法一
思路
展開
當 x→0 時,各三角函數都有熟悉的等價無窮小:sinx∼x,tan3x∼3x,1−cos5x∼225x2。直接把這些代換代入,把整個式子化為純 x 的冪次相除,就能快速得到極限值,不需要動用 L’Hôpital 法則。
答題過程
展開
利用 x→0 時的等價無窮小:
sinx∼x,tan3x∼3x,1−cos5x∼225x2
代入原式:
≈==x→0limx⋅(1−cos5x)2sin3x⋅tan2(3x)x→0limx⋅(225x2)2x3⋅(3x)2x→0lim4625x59x56259×4=62536