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高等数学(上)快速复习笔记:极限与连续篇
核心主线图谱
极限与连续是微积分的基石,复习时可从以下三个维度把握:
- 极限基础:解决“能否逼近”,判断极限是否存在(左右极限)。
- 连续性:解决“是否接上”,判断函数在某点是否连贯。
- 极限计算工具:解决“怎么算出来”,包括等价代换、洛必达法则和泰勒展开。
一、 微积分的核心思想
微积分本质上是由两个动态过程组成的:微分(分)*与*积分(积)。
- 微分:将复杂、不规则的问题拆解为无限多个微小、可把握的元素。
- 积分:将微元素积少成多,重新组合解决宏观问题。
- 核心工具:极限。为了精确描述“无限接近”,必须引入无穷大和无穷小的动态概念。
二、 极限:从“接近”开始
1. 极限的基础概念
- 定义:当 x 无限接近 a 时,f(x) 无限接近某个常数 A,则记作 limx→af(x)=A。
- 左右极限:只有当左极限 limx→a−f(x) 和右极限 limx→a+f(x) 都存在且相等时,双侧极限才存在。
- 常见陷阱:分段函数、分母含绝对值、以及含 e1/x 的项(x→0+ 时为 ∞,x→0− 时为 0)。
2. 极限运算法则
前提是各部分极限本身必须存在。
- lim[f(x)±g(x)]=A±B
- lim[f(x)⋅g(x)]=A⋅B
- limg(x)f(x)=BA(B=0)
- 夹逼定理:若 f(x)≤h(x)≤g(x) 且 limf(x)=limg(x)=A,则 limh(x)=A。常用于处理含振荡项(如 sinx1)的极限。
3. 等价无穷小速查表 (x→0 时)
| 函数 | 等价替换为 |
|---|
| sinx,tanx,arcsinx,arctanx,ln(1+x),ex−1 | x |
| 1−cosx | 21x2 |
| (1+x)a−1 | ax |
- 判定技巧:若函数 f(0)=0 且 f′(0)=k,则当 x→0 时,f(x)∼kx。


三、 连续:函数有没有“接上”
1. 连续的三个必要条件
函数 f(x) 在 x=a 处连续需满足:
- f(a) 有定义;
- limx→af(x) 存在;
- limx→af(x)=f(a)(极限值等于函数值)。
2. 间断点的分类
| 类型 | 名称 | 特征 | 例子 |
|---|
| 第一类 | 可去间断点 | 左右极限相等,但不等于该点函数值 | xsinx 在 x=0 |
| (极限存在) | 跳跃间断点 | 左右极限都存在,但不相等 | 分段函数常用定义点 |
| 第二类 | 无穷间断点 | 极限值为 ∞ | x1 在 x=0 |
| (极限不存在) | 震荡间断点 | 趋近过程中无限摆动 | sinx1 在 x=0 |
3. 闭区间连续函数的性质
- 最值定理:在闭区间 [a,b] 上必能取得最大值和最小值。
- 介值定理:若 f(a)⋅f(b)<0,则在 (a,b) 内至少存在一点 c 使得 f(c)=0(常用于证明根的存在性)。
四、 极限计算工具箱
1. 洛必达法则 (L’Hopital)
适用于 00 或 ∞∞ 型。
- 公式:limg(x)f(x)=limg′(x)f′(x)。
- 注意:求导前必须确认是未定式;有些题求导后更复杂,建议先用等价无穷小化简。
2. 常见未定式转化思路
- ∞−∞:通过通分、乘共轭或提取公因式转成分式。
- 0⋅∞:将一项移到分母转为 00 或 ∞∞。
- 幂指型 (1∞,00,∞0):
- 方法一:利用公式 AB=eBlnA,转化为求指数部分的极限。
- 方法二:凑重要极限 limx→0(1+x)1/x=e。

3. 泰勒 (Taylor) 展开
遇到高阶无穷小比较或复杂分式极限时,比洛必达更高效。
- ex=1+x+2!x2+⋯
- sinx=x−3!x3+⋯
- cosx=1−2!x2+⋯
- ln(1+x)=x−2x2+⋯
五、 专题例题详解
1. 泰勒展开应用
求 limx→0x3x−arcsinx
- 解:因为 arcsinx=x+6x3+O(x5)
- 原式 =limx→0x3x−(x+6x3)=−61。
2. 洛必达求幂指极限
求 limx→0+xx
- 解:令 y=xx,则 lny=xlnx=1/xlnx(为 ∞∞ 型)。
- 利用洛必达:lim1/xlnx=lim−1/x21/x=lim(−x)=0。
- 还原:limxx=e0=1。
六、 复习提醒与做题 SOP
-
求极限标准流程 (SOP):
有根号情况优先有理化
- 先代入:如果有确定值,直接出答案。
- 再分类:识别是 00,∞∞,∞−∞ 还是幂指型。
只有 0/0 ∞∞,1∞ 这三种题型
- 选工具:化简 → 等价代换 → 抓大头 → 洛必达/泰勒。
-
无穷大问题:“抓大头”:
- 增长速度:lnx≪xa≪cx≪x!≪xx(x→∞)。
- 加减法中只保留最高阶主项。
-
四则运算禁忌:
- 严禁在加减法的某一项中单独先求极限。只有整体是乘除关系时,极限存在的部分才能先带入。
复习总结:极限解决“能否逼近”,连续解决“是否接上”,所有技巧的核心都是为了把复杂的趋近过程转化为可算的代数形式。
无穷小相关
- 化简:
- 有根看能不能因式分解
- 无根看能不能分式有理化
- 等价无穷下
- 泰勒展开
- 洛必达
无穷大相关
- 抓大头
- 洛必达

∞−∞ 型极限题
针对这道典型的 ∞−∞ 型极限题,我们将采用通分配合泰勒展开(或等价无穷小代换)的方法来解决。
题目
求极限:limx→0(sin2x1−x21)
解题步骤
第一步:通分 首先将两个分式合并为一个分式:
limx→0x2sin2xx2−sin2x
第二步:分母等价无穷小代换 在 x→0 时,我们知道 sinx∼x,因此分母中的 sin2x 可以替换为 x2 以简化计算:
limx→0x4x2−sin2x
第三步:分子处理(泰勒展开法) 这是解决本题最稳妥的方法。我们将 sinx 展开到 x3 项:
sinx=x−6x3+o(x3)
那么 sin2x 展开为:
sin2x=(x−6x3+o(x3))2=x2−3x4+o(x4)
将展开式代入分子:
x2−sin2x=x2−(x2−3x4+o(x4))=3x4+o(x4)
第四步:求得最终结果 将简化的分子代入极限式中:
limx→0x431x4=31
核心技巧小结
- 识别类型:看到 ∞−∞ 且为分式形式,第一步永远是通分。
- 瘦身原则:分母是乘积形式,优先使用等价无穷小代换(sin2x→x2)来简化分母。
- 避坑指南:加减法中不能直接使用等价无穷小(即分子不能直接看作 x2−x2=0),必须使用泰勒展开保留更高阶的余项,才能看到“隐藏”的非零部分。
答案: 31
1∞ 型问题
