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Calculus · real student question

求下列各极限的值:x 趋于 1 时 25 的极限、x 趋于 10 时 3x² 的极限、x 趋于 3 时 2x⁴ − x² 的极限、x 趋于 1 时 (x³ + 2)⁶ 的极限,以及 x 趋于 3 时 |−15x + 4| 的极限。

Question

求下列各个极限的值。

  1. lim⁡x→125\displaystyle\lim_{x\to 1} 25
  2. lim⁡x→103x2\displaystyle\lim_{x\to 10} 3x^2
  3. lim⁡x→3(2x4−x2)\displaystyle\lim_{x\to 3} (2x^4 - x^2)
  4. lim⁡x→1(x3+2)6\displaystyle\lim_{x\to 1} (x^3 + 2)^6
  5. lim⁡x→3∣−15x+4∣\displaystyle\lim_{x\to 3} |-15x + 4|

Step-by-step solution

  1. 动手之前先看连续性。 直接代入法成立的条件,恰恰是函数在目标点连续。多项式处处连续,多项式的绝对值也处处连续,常数更是平凡连续 —— 所以这五个极限统统就是函数值,这里没有 0/00/0 要处理。

  2. 第 1 个:常数函数。 f(x)=25f(x) = 25 从不改变,所以 xx 怎么趋近 11 都无所谓:

    lim⁡x→125=25\lim_{x\to 1} 25 = 25

    极限记号里出现 xx,并不意味着函数里也含 xx。

  3. 第 2、3 个:多项式。 代入后仔细算,别弄错指数:

    lim⁡x→103x2=3(10)2=3(100)=300\lim_{x\to 10} 3x^2 = 3(10)^2 = 3(100) = 300

    lim⁡x→3(2x4−x2)=2(81)−9=162−9=153\lim_{x\to 3} (2x^4 - x^2) = 2(81) - 9 = 162 - 9 = 153

    注意 3(10)2=3003(10)^2 = 300,而不是 (3⋅10)2=900(3\cdot 10)^2 = 900 —— 系数并不参与平方。

  4. 第 4 个:多项式的乘方。 先算括号里面,再乘方:

    lim⁡x→1(x3+2)6=(1+2)6=36=729\lim_{x\to 1} (x^3+2)^6 = (1+2)^6 = 3^6 = 729

    这里用的是极限的复合运算法则,它成立是因为外层函数 u6u^6 连续。

  5. 第 5 个:绝对值。 先算里面,再取绝对值:

    lim⁡x→3∣−15x+4∣=∣−45+4∣=∣−41∣=41\lim_{x\to 3} |-15x+4| = |-45+4| = |-41| = 41

    结果是 +41+41:绝对值永远非负。绝对值函数有尖点,但尖点并不破坏连续性,所以直接代入依然合法 —— 何况这里的尖点在 x=415x = \tfrac{4}{15},离 x=3x = 3 远得很。

  6. 汇总并核对。 五个值依次是 2525、300300、153153、729729 和 4141。每一个都用符号计算工具复核过,而且都等于目标点处的普通函数值 —— 这正是连续性所保证的。

Answer

25,300,153,729,4125,\quad 300,\quad 153,\quad 729,\quad 41

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