求下列极限.(1) lim_(x to 0) (int_(0)^x sin t^2 , dt)/(x^3)(2) lim_(x to 0) (int_(0)^x cos t^2 , dt)/(x)(3) lim_((x, y) to (0, 2)) (sin (xy))/(x)(4) lim_((x, y) to (1, 2)) (x + y)/(xy)(5) lim_((x, y) to (0, 1)) (1 - xy)/(x^2 - y)(6) lim_((x, y) to (0, 0)) (sqrt(xy + 4) - 2)/(xy)
求下列极限. (1) $\lim_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} \sin t^2 \, dt}{x^3}$ (2) $\lim_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} \cos t^2 \, dt}{x}$ (3) $\lim_{(x, y) \to (0, 2)} \frac{\sin (xy)}{x}$ (4) $\lim_{(x, y) \to (1, 2)} \frac{x + y}{xy}$ (5) $\lim_{(x, y) \to (0, 1)} \frac{1 - xy}{x^2 - y}$ (6) $\lim_{(x, y) \to (0, 0)} \frac{\sqrt{xy + 4} - 2}{xy}$
题目解答
答案
(1) 由洛必达法则,$\lim_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} \sin t^2 \, dt}{x^3} = \lim_{x \to 0} \frac{\sin x^2}{3x^2} = \frac{1}{3}$。
答案: $\boxed{\frac{1}{3}}$
(2) 由洛必达法则,$\lim_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} \cos t^2 \, dt}{x} = \lim_{x \to 0} \cos x^2 = 1$。
答案: $\boxed{1}$
(3) 当 $(x,y) \to (0,2)$ 时,$\sin(xy) \sim xy$,故$\lim_{(x,y) \to (0,2)} \frac{\sin(xy)}{x} = \lim_{(x,y) \to (0,2)} y = 2$。
答案: $\boxed{2}$
(4) 直接代入得$\lim_{(x,y) \to (1,2)} \frac{x+y}{xy} = \frac{3}{2}$。
答案: $\boxed{\frac{3}{2}}$
(5) 直接代入得$\lim_{(x,y) \to (0,1)} \frac{1-xy}{x^2-y} = -1$。
答案: $\boxed{-1}$
(6) 有理化得$\lim_{(x,y) \to (0,0)} \frac{\sqrt{xy+4}-2}{xy} = \lim_{(x,y) \to (0,0)} \frac{1}{\sqrt{xy+4}+2} = \frac{1}{4}$。
答案: $\boxed{\frac{1}{4}}$
解析
本题主要考查了函数极限的计算,涉及到洛必达法则、等价无穷小替换、直接代入法以及分子有理化等方法。
(1) 求 $\lim_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} \sin t^2 \, dt}{x^3}$
- 本题考查知识点:变上限积分求导以及洛必达法则。
- 解题思路:当 $x \to 0$ 时,分子 $\int_{0}^{x} \sin t^2 \, dt \to 0$,分母 $x^3 \to 0$,此极限为 $\frac{0}{0}$ 型,可使用洛必达法则,对分子分母分别求导后再求极限。
- 解析:
根据变上限积分求导公式,若 $F(x)=\int_{a}^{x}f(t)dt$,则 $F^\prime(x)=f(x)$。
对分子 $\int_{0}^{x} \sin t^2 \, dt$ 求导得:$(\int_{0}^{x} \sin t^2 \, dt)^\prime=\sin x^2$。
对分母 $x^3$ 求导得:$(x^3)^\prime = 3x^2$。
所以 $\lim_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} \sin t^2 \, dt}{x^3} = \lim_{x \to 0} \frac{\sin x^2}{3x^2}$。
又因为当 $u \to 0$ 时,$\sin u \sim u$,令 $u = x^2$,当 $x \to 0$ 时,$u \to 0$,则 $\sin x^2 \sim x^2$。
所以 $\lim_{x \to 0} \frac{\sin x^2}{3x^2} = \lim_{x \to 0} \frac{x^2}{3x^2}=\frac{1}{3}$。
(2) 求 $\lim_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} \cos t^2 \, dt}{x}$
- 本题考查知识点:变上限积分求导以及洛必达法则。
- 解题思路:当 $x \to 0$ 时,分子 $\int_{0}^{x} \cos t^2 \, dt \to 0$,分母 $x \to 0$,此极限为 $\frac{0}{0}$ 型,使用洛必达法则,对分子分母分别求导后再求极限。
- 解析:
对分子 $\int_{0}^{x} \cos t^2 \, dt$ 求导得:$(\int_{0}^{x} \cos t^2 \, dt)^\prime=\cos x^2$。
对分母 $x$ 求导得:$(x)^\prime = 1$。
所以 $\lim_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} \cos t^2 \, dt}{x} = \lim_{x \to 0} \cos x^2$。
将 $x = 0$ 代入 $\cos x^2$ 得:$\cos 0^2 = 1$。
(3) 求 $\lim_{(x, y) \to (0, 2)} \frac{\sin (xy)}{x}$
- 本题考查知识点:等价无穷小替换。
- 解题思路:当 $(x,y) \to (0,2)$ 时,$xy \to 0$,利用等价无穷小 $\sin u \sim u$($u \to 0$)进行替换,然后化简求极限。
- 解析:
当 $(x,y) \to (0,2)$ 时,$xy \to 0$,则 $\sin(xy) \sim xy$。
所以 $\lim_{(x,y) \to (0,2)} \frac{\sin(xy)}{x} = \lim_{(x,y) \to (0,2)} \frac{xy}{x}$。
约去分子分母的 $x$ 得:$\lim_{(x,y) \to (0,2)} y$。
将 $y = 2$ 代入得:$2$。
(4) 求 $\lim_{(x, y) \to (1, 2)} \frac{x + y}{xy}$
- 本题考查知识点:二元函数极限的直接代入法。
- 解题思路:函数 $\frac{x + y}{xy}$ 在点 $(1,2)$ 处连续,可直接将 $x = 1$,$y = 2$ 代入函数中求极限。
- 解析:
将 $x = 1$,$y = 2$ 代入 $\frac{x + y}{xy}$ 得:$\frac{1 + 2}{1\times2}=\frac{3}{2}$。
(5) 求 $\lim_{(x, y) \to (0, 1)} \frac{1 - xy}{x^2 - y}$
- 本题考查知识点:二元函数极限的直接代入法。
- 解题思路:函数 $\frac{1 - xy}{x^2 - y}$ 在点 $(0,1)$ 处连续,可直接将 $x = 0$,$y = 1$ 代入函数中求极限。
- 解析:
将 $x = 0$,$y = 1$ 代入 $\frac{1 - xy}{x^2 - y}$ 得:$\frac{1 - 0\times1}{0^2 - 1}=-1$。
(6) 求 $\lim_{(x, y) \to (0, 0)} \frac{\sqrt{xy + 4} - 2}{xy}$
- 本题考查知识点:分子有理化求极限。
- 解题思路:当 $(x,y) \to (0,0)$ 时,此极限为 $\frac{0}{0}$ 型,对分子进行有理化,然后化简求极限。
- 解析:
给分子分母同时乘以 $\sqrt{xy + 4} + 2$ 得:
$\begin{align*}\lim_{(x,y) \to (0,0)} \frac{\sqrt{xy + 4} - 2}{xy}&=\lim_{(x,y) \to (0,0)} \frac{(\sqrt{xy + 4} - 2)(\sqrt{xy + 4} + 2)}{xy(\sqrt{xy + 4} + 2)}\\&=\lim_{(x,y) \to (0,0)} \frac{(xy + 4) - 4}{xy(\sqrt{xy + 4} + 2)}\\&=\lim_{(x,y) \to (0,0)} \frac{xy}{xy(\sqrt{xy + 4} + 2)}\end{align*}$
约去分子分母的 $xy$ 得:$\lim_{(x,y) \to (0,0)} \frac{1}{\sqrt{xy + 4} + 2}$。
将 $(x,y) = (0,0)$ 代入得:$\frac{1}{\sqrt{0\times0 + 4} + 2}=\frac{1}{4}$。