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Calculus · real student question

求 (x² − x − 6)/|x + 2| 在 x 趋于 −2 时的极限,或说明它不存在。

Question

计算

lim⁡x→−2x2−x−6∣x+2∣,\lim_{x\to-2}\frac{x^{2}-x-6}{|x+2|},

或说明它不存在。

Step-by-step solution

  1. 先看形式,再把分子分解。 代入 x=−2x=-2 得 4+2−60=00\frac{4+2-6}{0}=\frac{0}{0},是未定式。把分子因式分解:

    x2−x−6=(x−3)(x+2),x^{2}-x-6=(x-3)(x+2),

    于是表达式变成 (x−3)(x+2)∣x+2∣\dfrac{(x-3)(x+2)}{|x+2|}。因式 (x+2)(x+2) 在上面有一个,在下面也以绝对值的形式出现 —— 这就是必须做单侧分析的信号。

  2. 弄清绝对值为什么不允许一次性约掉。 对 t≠0t\ne0,当 t>0t>0 时 t∣t∣\frac{t}{|t|} 等于 +1+1,当 t<0t<0 时等于 −1-1。这里 t=x+2t=x+2 恰好在极限点处变号,所以无论你把 xx 取得离 −2-2 多近,这个商都在 +1+1 与 −1-1 之间跳来跳去。两侧必须分开处理。

  3. 先算左极限。 当 x<−2x<-2 时 x+2<0x+2<0,所以 ∣x+2∣=−(x+2)|x+2|=-(x+2),于是

    (x−3)(x+2)−(x+2)=−(x−3)=3−x ⟶ 3−(−2)=5.\frac{(x-3)(x+2)}{-(x+2)}=-(x-3)=3-x\ \longrightarrow\ 3-(-2)=5.

    所以 lim⁡x→−2−=5\displaystyle\lim_{x\to-2^{-}}=5。

  4. 再算右极限。 当 x>−2x>-2 时 x+2>0x+2>0,所以 ∣x+2∣=x+2|x+2|=x+2,于是

    (x−3)(x+2)x+2=x−3 ⟶ −2−3=−5.\frac{(x-3)(x+2)}{x+2}=x-3\ \longrightarrow\ -2-3=-5.

    所以 lim⁡x→−2+=−5\displaystyle\lim_{x\to-2^{+}}=-5。

  5. 下结论,并做数值检验。 因为 5≠−55\ne-5,两个单侧极限不一致,所以双侧极限不存在。数值上,x=−2.001x=-2.001 时商是 5.0015.001,x=−1.999x=-1.999 时是 −4.999-4.999 ✓ —— 图像在 x=−2x=-2 处有一个高度为 1010 的跳跃。假如分母是 x+2x+2 而不是 ∣x+2∣|x+2|,极限就会存在,并且等于 −5-5。

Answer

lim⁡x→−2−=5,lim⁡x→−2+=−5 ⟹ lim⁡x→−2x2−x−6∣x+2∣ 不存在\lim_{x\to-2^{-}}=5,\quad \lim_{x\to-2^{+}}=-5\ \Longrightarrow\ \lim_{x\to-2}\frac{x^{2}-x-6}{|x+2|}\ \text{不存在}

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