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113 台綜大微積分(A) 第 1 題

考題 / 轉學考微積分 / 台綜大 / 微積分A

113學年度 · 113微積分A · 第 1 題

題目

Problem

  1. Find lim⁡x→1+∣x2−1∣x−1\lim_{x \to 1^+} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1} and lim⁡x→1−∣x2−1∣x−1\lim_{x \to 1^-} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1}. (10%)

解答

解法一

思路

展開
  1. 本題要分別求 xx 趨近於 11 的左右極限。
  2. 被積式(或極限式)分子含有絕對值 ∣x2−1∣|x^2-1|。去絕對值的關鍵在於判斷 x2−1x^2-1 在 x→1±x\to 1^\pm 附近的符號:
    • 當 x→1+x \to 1^+ 時: x>1  ⟹  x2>1  ⟹  x2−1>0x > 1 \implies x^2 > 1 \implies x^2 - 1 > 0。因此 ∣x2−1∣=x2−1|x^2 - 1| = x^2 - 1。
    • 當 x→1−x \to 1^- 時: x<1x < 1(且足夠接近 11)   ⟹  x2<1  ⟹  x2−1<0\implies x^2 < 1 \implies x^2 - 1 < 0。因此 ∣x2−1∣=−(x2−1)|x^2 - 1| = -(x^2 - 1)。
  3. 第一步:計算右極限: lim⁡x→1+x2−1x−1=lim⁡x→1+(x−1)(x+1)x−1=lim⁡x→1+(x+1)=2\lim_{x\to 1^+} \frac{x^2-1}{x-1} = \lim_{x\to 1^+} \frac{(x-1)(x+1)}{x-1} = \lim_{x\to 1^+} (x+1) = 2
  4. 第二步:計算左極限: lim⁡x→1−−(x2−1)x−1=lim⁡x→1−−(x−1)(x+1)x−1=lim⁡x→1−−(x+1)=−2\lim_{x\to 1^-} \frac{-(x^2-1)}{x-1} = \lim_{x\to 1^-} \frac{-(x-1)(x+1)}{x-1} = \lim_{x\to 1^-} -(x+1) = -2

答題過程

展開

我們先將分子中的二次項進行因式分解:

x2−1=(x−1)(x+1)x^2 - 1 = (x - 1)(x + 1)

因此絕對值項可寫為:

∣x2−1∣=∣x−1∣∣x+1∣|x^2 - 1| = |x - 1| |x + 1|

我們分別討論 x→1+x \to 1^+ 與 x→1−x \to 1^- 的情況:

  1. 對於右極限 lim⁡x→1+∣x2−1∣x−1\displaystyle \lim_{x \to 1^+} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1}: 當 x>1x > 1 時,有 x−1>0  ⟹  ∣x−1∣=x−1x - 1 > 0 \implies |x - 1| = x - 1,且 x+1>0  ⟹  ∣x+1∣=x+1x + 1 > 0 \implies |x + 1| = x + 1。 因此:

    lim⁡x→1+∣x2−1∣x−1=lim⁡x→1+(x−1)(x+1)x−1=lim⁡x→1+(x+1)\lim_{x \to 1^+} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1} = \lim_{x \to 1^+} \frac{(x - 1)(x + 1)}{x - 1} = \lim_{x \to 1^+} (x + 1)

    代入 x=1x = 1:

    lim⁡x→1+(x+1)=1+1=2\lim_{x \to 1^+} (x + 1) = 1 + 1 = 2
  2. 對於左極限 lim⁡x→1−∣x2−1∣x−1\displaystyle \lim_{x \to 1^-} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1}: 當 x<1x < 1 時,有 x−1<0  ⟹  ∣x−1∣=−(x−1)x - 1 < 0 \implies |x - 1| = -(x - 1),而 x+1>0  ⟹  ∣x+1∣=x+1x + 1 > 0 \implies |x + 1| = x + 1。 因此:

    lim⁡x→1−∣x2−1∣x−1=lim⁡x→1−−(x−1)(x+1)x−1=lim⁡x→1−−(x+1)\lim_{x \to 1^-} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1} = \lim_{x \to 1^-} \frac{-(x - 1)(x + 1)}{x - 1} = \lim_{x \to 1^-} -(x + 1)

    代入 x=1x = 1:

    lim⁡x→1−−(x+1)=−(1+1)=−2\lim_{x \to 1^-} -(x + 1) = -(1 + 1) = -2

結論:

  • lim⁡x→1+∣x2−1∣x−1=2\displaystyle \lim_{x \to 1^+} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1} = 2
  • lim⁡x→1−∣x2−1∣x−1=−2\displaystyle \lim_{x \to 1^-} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1} = -2