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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 limx1+x21x1\lim_{x \to 1^+} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1} and limx1x21x1\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 x21|x^2-1|。去絕對值的關鍵在於判斷 x21x^2-1x1±x\to 1^\pm 附近的符號:
    • x1+x \to 1^+x>1    x2>1    x21>0x > 1 \implies x^2 > 1 \implies x^2 - 1 > 0。因此 x21=x21|x^2 - 1| = x^2 - 1
    • x1x \to 1^-x<1x < 1(且足夠接近 11    x2<1    x21<0\implies x^2 < 1 \implies x^2 - 1 < 0。因此 x21=(x21)|x^2 - 1| = -(x^2 - 1)
  3. 第一步:計算右極限limx1+x21x1=limx1+(x1)(x+1)x1=limx1+(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limx1(x21)x1=limx1(x1)(x+1)x1=limx1(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:

x21=(x1)(x+1)x^2 - 1 = (x - 1)(x + 1)

因此絕對值項可寫為:

x21=x1x+1|x^2 - 1| = |x - 1| |x + 1|

我們分別討論 x1+x \to 1^+x1x \to 1^- 的情況:

  1. 對於右極限 limx1+x21x1\displaystyle \lim_{x \to 1^+} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1}: 當 x>1x > 1 時,有 x1>0    x1=x1x - 1 > 0 \implies |x - 1| = x - 1,且 x+1>0    x+1=x+1x + 1 > 0 \implies |x + 1| = x + 1。 因此:

    limx1+x21x1=limx1+(x1)(x+1)x1=limx1+(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

    limx1+(x+1)=1+1=2\lim_{x \to 1^+} (x + 1) = 1 + 1 = 2
  2. 對於左極限 limx1x21x1\displaystyle \lim_{x \to 1^-} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1}: 當 x<1x < 1 時,有 x1<0    x1=(x1)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:

    limx1x21x1=limx1(x1)(x+1)x1=limx1(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

    limx1(x+1)=(1+1)=2\lim_{x \to 1^-} -(x + 1) = -(1 + 1) = -2

結論:

  • limx1+x21x1=2\displaystyle \lim_{x \to 1^+} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1} = 2
  • limx1x21x1=2\displaystyle \lim_{x \to 1^-} \frac{|x^2 - 1|}{x - 1} = -2