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摘 要:我们知道在极限运算中,公式■1+■x=e占有比较重要的地位,常用于求1∞类型的未定式的极限,而几乎所有中高等数学教材都采用拼凑法来解决问题,即主要利用换元法把问题转化为公式形式,再去套用公式.这种方法虽然能解决大部分较简单习题,但它具有一定的机械性和局限性,如求■1+■5x2-2,这一极限运算符合公式的要求,但硬套公式则要费尽周折;又如求■(1+2x)■,这种极限与公式相似,但与公式有一定的差距,看似可以用公式解决,但用公式又是不能解决的. 鉴于这一公式的缺陷,能否找到更灵活、更全面解决问题的方法呢?本文通过假设并证明一个命题,探讨一种新的解法.
关键词:公式■1+■x=e;应用;探讨
■命题假设及求证
要克服原有公式的缺陷,有必要分析公式的实质,建立一般普通模型,公式的右端可表示为■(1+0)∞,即公式的实质就是要求1∞类型的未定式的极限,根据这一实质,我们设想一种普通模型,设x→x0(x→∞)时,g(x)→0,f(x)→∞,则■[1+g(x)]f(x)的类型完全形如■(1+0)∞,如果■[1+g(x)]f(x)能求解,那么所有这一类型的极限均可求解.
命题假设 如果■g(x)=0,■g(x)·f(x)=A,那么■[1+g(x)]f(x)=eA.
即要求■[1+g(x)]f(x)的极限,只需求出■g(x)·f(x)的极限,这样就把复杂特殊极限问题化为一般简单极限问题了.
证明 实施恒等变换,■[1+g(x)]f(x)=■ef(x)ln[1+g(x)]=e■f(x)·ln[1+g(x)],其中
■f(x)·ln[1+g(x)]=■f(x)·g(x)·■=■f(x)·g(x)■ln[1+g(x)]■=A·ln■[1+g(x)]■=A·lne=A,所以■[1+g(x)]f(x)=eA.?摇?摇?摇
在命题结论中,我们对f(x)没有作严格限制,只要求■g(x)·f(x)=A,现讨论x→x■时f(x)为有界函数的情形.
推论?摇若x→x0时,f(x)为有界函数,并且■g(x)=0,那么■[1+g(x)]f(x)=1.
证明 应用无穷小与有界函数的关系有,■g(x)·f(x)=0,由命题结论知,
■[1+g(x)]f(x)=e0=1.
例1?摇 求■1-■3x.
解?摇 因为■-■·3x=-6,
所以■1-■3x=e-6.
例2 求■1+■sinx.
解?摇 因为■■sinx=0,
所以■1+■sinx=e0=1.
■推广应用
现在我们用命题结论来解决篇首的两个问题
例3?摇 求■(1+2x)■.
解?摇 ■2x·■=6■■=6,
所以■(1+2x)■=e6.
例4 求■1+■5x2-2.
解 ■■·(5x2-2)=■,
所以■1+■5x2-2=e■.
例5?摇求■■■.
解:■■■=■1+■■
?摇■■·■=■■■=■·■=■,所以■■■=e■.
■特例质疑
在命题的结论中,我们要求■g(x)·f(x)存在,如果■g(x)·f(x)不存在时,有两种情况:(1)■g(x)·f(x)=∞,(2)■g(x)·f(x)极限不确定.
当■g(x)·f(x)=∞时,■[1+g(x)]f(x)要么为0,要么为∞.
例如■1+■x2=∞,■1-■x2=0.
当■g(x)·f(x)极限不确定时,因为我们所给出的命题是■g(x)·f(x)=A的类型,故■g(x)·f(x)极限为不确定的情况不作系统证明,只给出特例分析.
例6 求■1+■x.
如果应用命题结论得■■·x=■cosx,该极限不存在,是否命题结论失效呢?
当x→∞时,cosx在区间[-1,1]上不断变化取值,不能靠近一个常数,现在我们特分别取
cosx=0,cosx=1,cosx=-1代入原式有:
■1+■x=1,?摇■1+■x=e,?摇■1-■x=e-1,
这样看来极限■1+■x本身不存在,并非命题结论失效.
■实践应用
这一命题的结论不仅在证明和计算中极为简便,而且在逆向构造函数时也具有价值.
例如,已知■[1+g(x)]f(x)=e3,请写出函数g(x),f(x)的表达式.
由■g(x)=0,■g(x)f(x)=3,可以写出很多g(x)和f(x)的表达式.
关键词:公式■1+■x=e;应用;探讨
■命题假设及求证
要克服原有公式的缺陷,有必要分析公式的实质,建立一般普通模型,公式的右端可表示为■(1+0)∞,即公式的实质就是要求1∞类型的未定式的极限,根据这一实质,我们设想一种普通模型,设x→x0(x→∞)时,g(x)→0,f(x)→∞,则■[1+g(x)]f(x)的类型完全形如■(1+0)∞,如果■[1+g(x)]f(x)能求解,那么所有这一类型的极限均可求解.
命题假设 如果■g(x)=0,■g(x)·f(x)=A,那么■[1+g(x)]f(x)=eA.
即要求■[1+g(x)]f(x)的极限,只需求出■g(x)·f(x)的极限,这样就把复杂特殊极限问题化为一般简单极限问题了.
证明 实施恒等变换,■[1+g(x)]f(x)=■ef(x)ln[1+g(x)]=e■f(x)·ln[1+g(x)],其中
■f(x)·ln[1+g(x)]=■f(x)·g(x)·■=■f(x)·g(x)■ln[1+g(x)]■=A·ln■[1+g(x)]■=A·lne=A,所以■[1+g(x)]f(x)=eA.?摇?摇?摇
在命题结论中,我们对f(x)没有作严格限制,只要求■g(x)·f(x)=A,现讨论x→x■时f(x)为有界函数的情形.
推论?摇若x→x0时,f(x)为有界函数,并且■g(x)=0,那么■[1+g(x)]f(x)=1.
证明 应用无穷小与有界函数的关系有,■g(x)·f(x)=0,由命题结论知,
■[1+g(x)]f(x)=e0=1.
例1?摇 求■1-■3x.
解?摇 因为■-■·3x=-6,
所以■1-■3x=e-6.
例2 求■1+■sinx.
解?摇 因为■■sinx=0,
所以■1+■sinx=e0=1.
■推广应用
现在我们用命题结论来解决篇首的两个问题
例3?摇 求■(1+2x)■.
解?摇 ■2x·■=6■■=6,
所以■(1+2x)■=e6.
例4 求■1+■5x2-2.
解 ■■·(5x2-2)=■,
所以■1+■5x2-2=e■.
例5?摇求■■■.
解:■■■=■1+■■
?摇■■·■=■■■=■·■=■,所以■■■=e■.
■特例质疑
在命题的结论中,我们要求■g(x)·f(x)存在,如果■g(x)·f(x)不存在时,有两种情况:(1)■g(x)·f(x)=∞,(2)■g(x)·f(x)极限不确定.
当■g(x)·f(x)=∞时,■[1+g(x)]f(x)要么为0,要么为∞.
例如■1+■x2=∞,■1-■x2=0.
当■g(x)·f(x)极限不确定时,因为我们所给出的命题是■g(x)·f(x)=A的类型,故■g(x)·f(x)极限为不确定的情况不作系统证明,只给出特例分析.
例6 求■1+■x.
如果应用命题结论得■■·x=■cosx,该极限不存在,是否命题结论失效呢?
当x→∞时,cosx在区间[-1,1]上不断变化取值,不能靠近一个常数,现在我们特分别取
cosx=0,cosx=1,cosx=-1代入原式有:
■1+■x=1,?摇■1+■x=e,?摇■1-■x=e-1,
这样看来极限■1+■x本身不存在,并非命题结论失效.
■实践应用
这一命题的结论不仅在证明和计算中极为简便,而且在逆向构造函数时也具有价值.
例如,已知■[1+g(x)]f(x)=e3,请写出函数g(x),f(x)的表达式.
由■g(x)=0,■g(x)f(x)=3,可以写出很多g(x)和f(x)的表达式.