題目
Problem
Evaluate.
(1) x→1lim1−x3x+7−2=(1).
(2) x→∞limxtanxπtan−1πx=(2).
解答
(1)
解法一:有理化
思路
展開
- 這題是不定式 00,式子中包含根式相減,因此使用有理化。
- 分子是三次根式差,分母是平方根式差,可以分別使用立方差與平方差的有理化。
- 有理化後會出現共同因子 x−1,消掉後即可代入。
答題過程
展開
先處理分子。
由於
a3−b3=(a−b)(a2+ab+b2)
移項可得
a−b=a2+ab+b2a3−b3
這裡 a=3x+7 、 b=2:
==3x+7−2(x+7)2/3+2(x+7)1/3+4(x+7)−8(x+7)2/3+23x+7+4x−1
再處理分母:
1−x===1+x(1−x)(1+x)1+x1−x−1+xx−1
所以原極限為
====x→1lim1−x3x+7−2x→1lim−1+xx−1(x+7)2/3+23x+7+4x−1x→1lim−(x+7)2/3+23x+7+41+x−4+2⋅2+41+1−61
因此第 (1) 格答案為 −61。
解法二:羅必達法則
思路
展開
- 代入 x=1 後分子分母都為 0。
- 分子分母在 x=1 附近可導,且分母導數在 x=1 不為 0,可直接使用羅必達法則。
答題過程
展開
=L===x→1lim1−x3x+7−2x→1lim−2x131(x+7)−2/3−2131⋅8−2/3−21121−61
(2)
解法一:拆成兩個基本極限
思路
展開
- 這個乘積中,tan−1πx 會趨近 2π。
- 另一部分 xtanxπ 則可利用 tanu∼u。
- 兩個極限都存在,所以乘起來即可。
答題過程
展開
先看第一個因子:
x→∞limxtanxπ==x→∞limπ⋅xπtanxππ
再看第二個因子:
x→∞limtan−1πx=2π
因此
==x→∞limxtanxπtan−1πxπ⋅2π2π2
所以第 (2) 格答案為 2π2。
解法二:變數代換
思路
展開
- 令 u=xπ,可把 x→∞ 轉成 u→0+。
- 這樣整題會變成 uπtanu⋅tan−1u1,兩個極限的角色更清楚。
答題過程
展開
令
u=xπ
則 x=uπ,且當 x→∞ 時,u→0+。原式變成
====x→∞limxtanxπtan−1πxu→0+limuπtanu⋅tan−1u1π(u→0+limutanu)(u→0+limtan−1u1)π⋅1⋅2π2π2