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Calculus · real student question

求 x 趋于负无穷时 1 除以 x 的平方的极限。

Question

求极限

lim⁡x→−∞1x2\lim_{x\to-\infty}\frac{1}{x^2}

Step-by-step solution

  1. 注意偶次幂把符号抹掉了。 对每个 x≠0x\neq 0 都有 x2>0x^2>0,所以 xx 是跑向 +∞+\infty 还是 −∞-\infty 毫无区别:分母两种情况下都是正的。这也正是这个极限必然与 +∞+\infty 处的极限相同的原因。

  2. 看出分母是无界增长的。 因为 x2=∣x∣2x^2=|x|^2,而 x→−∞x\to-\infty 时 ∣x∣→∞|x|\to\infty,所以

    x2→+∞x^2\to+\infty

  3. 套用「定值除以无界量」的法则。 分子始终是 11,分母却超过任何界限,于是这个商被挤向零:

    1x2→0\frac{1}{x^2}\to 0

    说得更精确些:对任意 ε>0\varepsilon>0,只要 ∣x∣>1/ε|x|>1/\sqrt{\varepsilon} 就有 1/x2<ε1/x^2<\varepsilon,这正是极限的严格表述。

  4. 用具体数字检验。 x=−10x=-10 时:1/100=0.011/100=0.01。x=−100x=-100 时:1/10000=0.00011/10000=0.0001。x=−1000x=-1000 时:10−610^{-6}。这些值不断缩向 00,而且始终为正。

  5. 记下答案,以及趋近的方向。 极限是 00,并且是从上方趋近的 —— 函数值从不为负,所以图像是从上面压向 xx 轴的。同样的论证还给出:对一切 n>0n>0,都有 lim⁡x→±∞x−n=0\lim_{x\to\pm\infty}x^{-n}=0。

Answer

lim⁡x→−∞1x2=0\lim_{x\to-\infty}\frac{1}{x^2}=0

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