当 x arrow 1 时,函数 f(x) = (x^2 - 1)/(x - 1) arctan (1)/(x - 1) 的极限为( )A. 不存在B. piC. -piD. 0
A. 不存在
B. $\pi$
C. $-\pi$
D. $0$
题目解答
答案
解析
本题考查函数极限的计算,解题的关键在于分别计算函数在$x\to1^+$(右极限)和$x\to1^-$(左极限)时的极限值,若左右极限不相等,则函数在该点的极限不存在。
步骤一:化简函数
已知函数$f(x) = \frac{x^2 - 1}{x - 1} \arctan \frac{1}{x - 1}$,对$\frac{x^2 - 1}{x - 1}$进行化简,根据平方差公式$a^2-b^2=(a+b)(a-b)$可得:
$\frac{x^2 - 1}{x - 1}=\frac{(x + 1)(x - 1)}{x - 1}=x + 1$($x\neq1$)
则原函数可化为$f(x)=(x + 1)\arctan \frac{1}{x - 1}$。
步骤二:计算右极限$\lim\limits_{x\to1^+}f(x)$
当$x\to1^+$时,$x - 1\to0^+$,那么$\frac{1}{x - 1}\to+\infty$。
根据反正切函数$y = \arctan t$的性质,当$t\to+\infty$时,$\lim\limits_{t\to+\infty}\arctan t=\frac{\pi}{2}$,所以$\lim\limits_{x\to1^+}\arctan \frac{1}{x - 1}=\frac{\pi}{2}$。
同时,$\lim\limits_{x\to1^+}(x + 1)=1 + 1 = 2$。
根据极限的乘法法则$\lim\limits_{x\to a}[f(x)g(x)]=\lim\limits_{x\to a}f(x)\cdot\lim\limits_{x\to a}g(x)$,可得:
$\lim\limits_{x\to1^+}f(x)=\lim\limits_{x\to1^+}(x + 1)\arctan \frac{1}{x - 1}=\lim\limits_{x\to1^+}(x + 1)\cdot\lim\limits_{x\to1^+}\arctan \frac{1}{x - 1}=2\times\frac{\pi}{2}=\pi$
步骤三:计算左极限$\lim\limits_{x\to1^-}f(x)$
当$x\to1^-$时,$x - 1\to0^-$,那么$\frac{1}{x - 1}\to-\infty$。
根据反正切函数$y = \arctan t$的性质,当$t\to-\infty$时,$\lim\limits_{t\to-\infty}\arctan t=-\frac{\pi}{2}$,所以$\lim\limits_{x\to1^-}\arctan \frac{1}{x - 1}=-\frac{\pi}{2}$。
同时,$\lim\limits_{x\to1^-}(x + 1)=1 + 1 = 2$。
根据极限的乘法法则,可得:
$\lim\limits_{x\to1^-}f(x)=\lim\limits_{x\to1^-}(x + 1)\arctan \frac{1}{x - 1}=\lim\limits_{x\to1^-}(x + 1)\cdot\lim\limits_{x\to1^-}\arctan \frac{1}{x - 1}=2\times(-\frac{\pi}{2})=-\pi$
步骤四:判断极限是否存在
由于$\lim\limits_{x\to1^+}f(x)=\pi$,$\lim\limits_{x\to1^-}f(x)=-\pi$,左右极限不相等,根据函数极限存在的充要条件:函数在某点的极限存在的充要条件是左右极限都存在且相等,可知$\lim\limits_{x\to1}f(x)$不存在。