題目
Problem
3. Find the limit of f or show that the limit does not exist.
(1) (x,y)→(1,0)limxey−1+yxey−1. (6%)
解答
解法一:路徑逼近法
思路
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- 給定極限點為 (1,0),此極限在直觀代入時為 00 型未定式。
- 為了判定極限是否存在,我們嘗試沿著不同的路徑(趨近 (1,0) 的直線或曲線)逼近該點。
- 第一條路徑:沿著直線 x=1。此時點為 (1,y),當 y→0 時,極限可用單變數的羅必達法則計算。
- 第二條路徑:沿著直線 x=0。此時點為 (0,y),當 y→0 時直接求得極限。
- 比較這兩條不同路徑的極限值,若不相等則原雙變數極限不存在。
答題過程
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考慮函數 f(x,y)=xey−1+yxey−1。
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路徑一:沿著直線 x=1 趨近於 (1,0)。
此時自變數為 (1,y) 且 y→0。代入函數式:
y→0limf(1,y)=y→0limey−1+yey−1
由於此時為 00 型,利用單變數的羅必達法則(L’Hôpital’s Rule):
y→0limey−1+yey−1=L.H.y→0limey+1ey=e0+1e0=21
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路徑二:沿著直線 x=0 趨近於 (1,0) 的平行線(或直接取 x=0 路徑,其極限點相同)。
但為了更嚴格,我們可取另一條簡單直線,如沿著 y=0 趨近於 (1,0)。
此時自變數為 (x,0) 且 x→1:
x→1limf(x,0)=x→1limxe0−1+0xe0−1=x→1limx−1x−1=1
(註:或者沿著直線 x=0,此時自變數為 (0,y) 且 y→0,代入得 limy→0−1+y−1=1)
因為沿著這兩條不同的路徑趨近於 (1,0) 時得到了不同的極限值(21=1),根據極限的唯一性,該雙變數極限不存在。