第一章 函数、极限与连续
选择题
- 极限
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答案: (A)
解析: 这是“”型极限。设原极限为 ,取对数:
由
可得
从而
故选(A)。(B)的指数符号错误;(C)的指数数值错误;极限存在,故(D)错误。
- 设 在 处连续, 在 处间断,又 ,则
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答案: (D)
解析: 因为 在 处连续且 ,所以 在 的某邻域内有定义并连续。若
在 处连续,则
也应在 处连续,与题设矛盾。因此(D)必成立。
其余选项均不一定成立。例如复合函数可能因内层函数的取值范围而连续;取 为常值函数可否定(B);间断函数平方后也可能成为常函数,可否定(C)。
- “ 在点 连续”是“ 在点 处连续”的( )条件。
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答案: (B)
解析: 若 在 处连续,则绝对值函数连续,故复合函数 在 处连续,因此前者是后者的充分条件。
反之不成立。例如
在 处间断,但 连续。所以该条件充分但非必要。
- 设数列 满足 ,则下列正确的是
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答案: (D)
解析: 若 ,则
故(D)正确。
(A)可取 ;(C)可取 。对(B),令
则 均无界,而 。
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答案: (C)
解析: 取
则 ,所以函数在实数轴上无界。
但当 时函数值为零;当 时函数值趋于 。因此它既不趋于无穷大,也不存在极限,故只有(C)正确。
- 设 在 均不连续,则在 处
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答案: (D)
解析: 两个间断函数的间断可能在和或积中相互抵消,也可能保留下来。例如令
取 ,则
二者均连续;改变函数的取法,又可使和或积不连续。因此 与 的连续性均不能确定。
- 当 时, 是 的
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答案: (D)
解析: 由展开式
得
所以
并且
比值为非零有限常数但不等于 ,故二者同阶但不等价。
- 设
则下列结论:
(1) 为可去间断点;
(2) 为跳跃间断点;
(3) 为无穷间断点。
中正确的个数是
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答案: (D)
解析: 当 时,
在 处,极限为 ,故为可去间断点;在 处,左右极限分别为 与 ,故为跳跃间断点;在 附近,
其绝对值趋于无穷大,故为无穷间断点。三个结论均正确。
- 把当 时的无穷小量
排列起来,使排在后面的是前一个的高阶无穷小,则正确的排列次序是
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答案: 按当前题面,无正确选项。
又因为
所以
然而
因此 并不是无穷小量,无法按题意排序。按现有题面,四个选项均不成立,题目中的指数或括号很可能存在排印错误。
- 在
中,无穷大量是
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答案: (D)
解析: 分别取对数。
对①,
左右趋向不同,原极限不存在。
对②,
故②趋于 。
对③,
左右趋向不同,原极限不存在。
对④,
故④趋于 。因此只有②是无穷大量。
填空题
- 题目如下:
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答案:
令 ,则
又因 ,有
故极限为 。
- 设
则 。
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答案:
解析: 由题设极限有限可知 。利用
得
所以
- 设 为正的常数,则
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答案:
因此括号内为
取对数后,原极限的对数为
故原极限为
- 设
在点 处连续,则常数 。
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答案: 按当前题面,不存在满足条件的常数 。
解析: 当 时,,故
当 时,分子趋于 ,分母趋于 ,所以右极限为 。而
为有限常数,因此函数不可能在 处连续。题面很可能存在录入错误。
- 当 时是 的 阶无穷小(填数字)。
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答案:
所以
故它是关于 的四阶无穷小。
- 已知
则 。
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答案:
解析: 取对数:
因此
- 题目如下:
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答案:
解析: 提出最大项 :
括号内趋于 ,其 次方根也趋于 ,故极限为 。
- 若
则
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答案:
于是
左端极限为 ,故
- 题目如下:
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答案:
解析: 由 ,
因此反正切函数的自变量趋于 ,从而
- 题目如下:
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答案:
解析: 令 ,则
所以
- 题目如下:
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答案:
解析: 令
当 时,底数趋于 ,故
因此 。
- 设
则 ,。
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若约定 ,则 。
解析: 当 时,
又
若 ,原比值趋于零,不可能等于 ,故 。此时
从而 。
- 函数
的连续区间是 。
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答案:
解析: 各分段在其内部连续,只需考察 。有
且 。故函数在 处连续,从而在整个实数轴上连续。
计算题
- 求下列极限:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
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答案: (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
解析: (1) 分子有理化:
利用 、,得极限为 。
(2) 令
则
因此原极限为
(3)
由
得
故
(4)
所以分子为
而 ,故极限为 。
(5) 当 时,
令原式为 ,则
故原极限为 。
(6) 令原式为 ,取对数:
由于 且 ,故 ,从而 。
(7) 通分得
分子等价于 ,分母等价于 ,故极限为 。
(8) 有理化:
当 时,,分母等价于 ,故极限为 。
(9)
因此原式为
(10)
所以
取对数后有
故原极限为 。
(11) 设
则 ,并且
因此
(12) 原式为
注意到
所以原式等于
对后一项使用洛必达法则可得其极限为 ,故所求极限为 。
(13) 底数趋于 。当该比值小于或大于 时,原式分别趋于 或 。
若 ,则
从而
故极限为 。
(14) 当 时,两个对数均趋于零。利用 与 ,有
(15) 利用立方和公式
得
(16) 反复使用倍角公式,得到
因此当 时,
由于
故极限为 。当 时,各因子均为 。
(17) 分别计算左右极限。
当 时,令 ,则
当 时,令 ,则
左右极限相等,所以所求极限为 。虽然 ,但函数值不影响该极限。
- 设 ,。
(Ⅰ)求 ;
(Ⅱ)求
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答案: (Ⅰ)
(Ⅱ)
解析: 因为 ,且对任意 有
所以
故 单调递减且有下界 ,从而收敛。设极限为 ,对递推式取极限:
而 在 上仅在 时为零,因此 。
再由
得
- 设 为常数,
求 。
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解析: 分三种情形。
当 时,分母大于 ,而 ,故 。
当 时,
当 时,
所以
因此对任意 ,极限均为 。
- 设
试确定常数 的值。
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解析: 由
得
于是
要使极限为 ,必须有
- 讨论下列函数的连续性并判断间断点的类型:
(Ⅰ)
(Ⅱ)
(Ⅲ)
(Ⅳ)
(Ⅴ)
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答案: (Ⅰ)在 处为可去间断点,在 处为跳跃间断点。
(Ⅱ)在 处均为跳跃间断点。
(Ⅲ)在 处为可去间断点。
(Ⅳ)在 处为无穷间断点,在 处为可去间断点。
(Ⅴ)在 处为跳跃间断点。
解析: (Ⅰ) 函数定义域为
在各定义区间内连续。考察两个间断点:
故 为可去间断点。
当 时,
故 为跳跃间断点。
(Ⅱ) 逐点求极限可得
它在 、、 内连续。
在 处,
在 处,
因此 均为跳跃间断点。
(Ⅲ) 两个分段在各自定义区间内连续。只需考察 :
而
故 为可去间断点。若补充定义 ,则函数在 上连续。
(Ⅳ) 在 内,原式在
处无定义,其余各点连续。
当
时,
指数在两侧分别趋于 与 ,而底数 ,故这两点为无穷间断点。
当
时,,指数趋于 ,所以
故这两点为可去间断点。
(Ⅴ) 根据 的取值,有
在 处,
故 为跳跃间断点;其余各点连续。
证明题
- 设 ,,求证: 收敛并求 。
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解析: 由 。若 ,则
且 ,故 。由数学归纳法,
又
所以 单调递增,并且以 为上界,故必收敛。
设极限为 ,对递推式取极限:
即 或 。由于 ,不可能有 ,所以 。
- 证明:
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解析: 令
取对数:
右端是函数 在区间 上的黎曼和,因此
两边取指数即得结论。
- 设
且
(Ⅰ)当 时无穷小 与 可比较、不等价,即
求证:
(Ⅱ)当 时, 与 均为正值,求证:
其中一端极限存在,则另一端极限也存在且相等。
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答案: 两项结论均成立。
解析: (Ⅰ) 由
可写成
于是
若
且 为有限数,则
从而 。因此
若
则 ,且
同样有
故在两种情形下均有
即
(Ⅱ) 因为 且二者均趋于零,所以
又由 ,
同时 ,故
也就是说,两个幂指函数取对数后的指数互为等价量。若其中一个指数的极限存在,则另一个指数具有相同极限;再利用指数函数的连续性,得到
- 设 在 连续,, 为任意 个正数,求证:存在 ,使得
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答案: 所述 必存在。
解析: 记
令
因为 ,所以
两边除以正数 ,得到
若 ,任取一个 即可。若 ,取 ,使
函数 在以 为端点的闭区间上连续。由介值定理,存在该区间内一点 ,使
由于两个端点都位于 ,故 。
- 设 在 连续,且对任意 ,总存在 ,使得
试证:存在 ,使得 。
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答案: 必存在 ,使 。
解析: 由于 在闭区间上连续, 也连续。由最值定理,存在 ,使
根据题设,对 ,存在 ,使
另一方面,由 的最小性,
因此
只能有 。所以
取 即得结论。
- 设 在 连续,,求证:
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解析: 由 ,取 。存在 ,使得当 时,
从而
当 时,
右端随 趋于 ,故原积分也趋于 。
- 设 在 连续,,证明:
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解析: 作变量替换 ,得
任取 。由 ,存在 ,使得 时
当 时,
其中
与 无关。令 ,再由 的任意性可得所证结论。
- (Ⅰ)设 连续,且
求证:无穷小
(Ⅱ)求证
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答案: (Ⅰ)
(Ⅱ)按当前题面严格计算,
并非 。若分母的三次方改为二次方,则极限才为 。
解析: (Ⅰ) 令
则 ,并且
由洛必达法则及 ,
再令 ,得到
(Ⅱ) 当 时,
因此
并且
所以
这说明题面所标注的结论 与现有表达式不一致。