題目
Problem
3. Find the limit of f or show that the limit does not exist.
(2) (x,y)→(0,0)lim∣x∣+∣y∣sin(x−y). (6%)
解答
解法一:沿座標軸單邊極限分析法
思路
展開
- 考慮沿 y 軸(即直線 x=0)趨近於原點 (0,0)。
- 此時函數簡化為 ∣y∣sin(−y)=−∣y∣siny。
- 藉由討論 y→0+ 與 y→0− 的單邊極限,若在此單一座標軸上的單邊極限皆不相等,則原雙變數極限必然不存在。
答題過程
展開
考慮沿著直線 x=0 趨近原點 (0,0),此時點的坐標為 (0,y),其中 y=0 且 y→0。
將其代入函數式:
f(0,y)=∣0∣+∣y∣sin(0−y)=∣y∣sin(−y)=−∣y∣siny
對此單變數函數在 y→0 處求左右極限:
因為沿著直線 x=0 趨近原點時,從不同方向(正向與負向)得到的單邊極限不相等(−1=1)。
這說明在此路徑上的極限本身即不存在,故原雙變數極限必不存在。
解法二:射線路徑分析法
思路
展開
- 考慮沿著通過原點的射線 y=kx(在第一象限,即 x>0 且 x→0+)趨近於原點 (0,0)。
- 代入 y=kx 後,消去 x 並利用基本極限 limθ→0θsinθ=1。
- 觀察所得到的極限值是否隨斜率 k 的選擇不同而改變。若極限值與 k 相關,則雙變數極限不存在。
答題過程
展開
我們考慮沿著直線路徑 y=kx(其中 k≥0 為常數)自第一象限趨近於原點,即令 x→0+:
f(x,kx)=∣x∣+∣kx∣sin(x−kx)=x+kxsin(x(1−k))=x(1+k)sin(x(1−k)),(x>0)
當 x→0+ 時,計算此路徑的極限:
x→0+limf(x,kx)=x→0+limx(1−k)sin(x(1−k))⋅1+k1−k=1⋅1+k1−k=1+k1−k
因為沿著斜率不同的直線路徑趨近原點得到了不同的極限值(1=−31),故原雙變數極限不存在。