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微分中值定理与导数的应用

微分中值定理与导数的应用

技术
更新于 2026-07-05
— 1920 字
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洛必达法则

分子分母同时趋于 0 或无穷,极限无法直接四则运算判定,称为未定型(不定式)

七种未定式

00\frac{0}{0}00​、∞∞\frac{\infty}{\infty}∞∞​ 、0⋅∞0·\infty0⋅∞、∞−∞\infty-\infty∞−∞、1∞1^\infty1∞、000^000、∞0\infty^0∞0

注意
其中的 0 是无穷小
没有 ∞∞\infty^\infty∞∞,它是定式

00\frac{0}{0}00​ 和 ∞∞\frac{\infty}{\infty}∞∞​ 易处理,故可将后面几种转换为前两种:

原型转换后例子
0⋅∞0·\infty0⋅∞0⋅100·\frac{1}{0}0⋅01​ 或 1∞⋅∞\frac{1}{\infty}·\infty∞1​⋅∞lim⁡x→0+xln⁡(x)=lim⁡x→0+ln⁡(x)1x=lim⁡x→0+−x=0\lim_{x\to0^+}x\ln(x)=\lim_{x\to0^+}\frac{\ln(x)}{\frac{1}{x}}=\lim_{x\to0^+}-x=0limx→0+​xln(x)=limx→0+​x1​ln(x)​=limx→0+​−x=0
∞−∞\infty -\infty∞−∞00\frac{0}{0}00​ 或 ∞∞\frac{\infty}{\infty}∞∞​lim⁡x→01x2−1xarctan⁡(x)\lim_{x\to0}\frac{1}{x^2}-\frac{1}{x\arctan(x)}limx→0​x21​−xarctan(x)1​ 通分后得 -3
1∞1^\infty1∞、000^000、∞0\infty^0∞0e0⋅∞e^{0·\infty}e0⋅∞ (ab=ebln⁡(a)a^b=e^{b\ln(a)}ab=ebln(a))lim⁡x→0(1+x)3ln⁡(1+x)\lim_{x\to0}(1+x)^{\frac{3}{\ln(1+x)}}limx→0​(1+x)ln(1+x)3​ 得 e3e^3e3

注意:lim⁡x→0+xln⁡(x)\lim_{x\to0^+}x\ln(x)limx→0+​xln(x) 这样幂函数乘以对数函数的情况,对数函数增长得慢,极限为 0

例&结论:

lim⁡x→0+xsin⁡(x)=lim⁡x→0+exln⁡(sinx)=e0=1\lim_{x\to0^+}x^{\sin(x)} = \lim_{x\to0^+}e^{x\ln(sinx)} = e^0=1x→0+lim​xsin(x)=x→0+lim​exln(sinx)=e0=1 lim⁡x→0+xx=lim⁡x→0+exln⁡(x)=e0=1\lim_{x\to0^+}x^{x} = \lim_{x\to0^+}e^{x\ln(x)} = e^0=1x→0+lim​xx=x→0+lim​exln(x)=e0=1

泰勒公式

常用麦克劳林公式

麦克劳林 = x0=0x_0=0x0​=0 的泰勒公式: f(x)=f(0)+f′(0)x+f′′(0)2!x2+⋯+f(n)(0)n!xn+o(xn)f(x)=f(0)+f'(0)x+\frac{f''(0)}{2!}x^2+\dots+\frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n+o(x^n)f(x)=f(0)+f′(0)x+2!f′′(0)​x2+⋯+n!f(n)(0)​xn+o(xn)

常用低阶麦克劳林展开式,仅保留核心低阶项,全部为 x→0x\to0x→0 时的渐近展开(带佩亚诺余项)。

函数低阶展开式
指数函数 exe^xexex=1+x+x22+o(x2)\displaystyle e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2} + o(x^2)ex=1+x+2x2​+o(x2)
对数函数 ln⁡(1+x)\ln(1+x)ln(1+x)ln⁡(1+x)=x−x22+o(x2)\displaystyle \ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + o(x^2)ln(1+x)=x−2x2​+o(x2)
二项式函数 (1+x)α(1+x)^\alpha(1+x)α(1+x)α=1+αx+α(α−1)2x2+o(x2)\displaystyle (1+x)^\alpha = 1 + \alpha x + \frac{\alpha(\alpha-1)}{2}x^2 + o(x^2)(1+x)α=1+αx+2α(α−1)​x2+o(x2)
余弦函数 cos⁡x\cos xcosxcos⁡x=1−x22+x424+o(x4)\displaystyle \cos x = 1 - \frac{x^2}{2} + \frac{x^4}{24} + o(x^4)cosx=1−2x2​+24x4​+o(x4)
正弦函数 sin⁡x\sin xsinxsin⁡x=x−x36+o(x3)\displaystyle \sin x = x - \frac{x^3}{6} + o(x^3)sinx=x−6x3​+o(x3)
反正弦函数 arcsin⁡x\arcsin xarcsinxarcsin⁡x=x+x36+o(x3)\displaystyle \arcsin x = x + \frac{x^3}{6} + o(x^3)arcsinx=x+6x3​+o(x3)
正切函数 anx an xanxtan⁡x=x+x33+o(x3)\displaystyle \tan x = x + \frac{x^3}{3} + o(x^3)tanx=x+3x3​+o(x3)
反正切函数 arctan⁡x\arctan xarctanxarctan⁡x=x−x33+o(x3)\displaystyle \arctan x = x - \frac{x^3}{3} + o(x^3)arctanx=x−3x3​+o(x3)

配套使用要点:

  1. 奇函数如 sinx 只有奇次项,偶次项系数全为 0
  2. 所有展开式仅在 x→0x\to0x→0 时成立,x→∞x\to\inftyx→∞ 等其他极限过程不可直接使用;
  3. 求极限时,展开到分子分母最低同阶无穷小即可;
  4. 加减运算中不可直接用等价无穷小替换,需用麦克劳林展开到足够阶数抵消高阶项。 等价无穷小本质是麦克劳林只保留第一项,精度不足时必须多展开一项。
  5. 复合代入:如 esin⁡xe^{\sin x}esinx,先把 sin⁡x=x−x36+o(x3)\sin x=x-\tfrac{x^3}{6}+o(x^3)sinx=x−6x3​+o(x3) 整体代入 eue^ueu 展开;
  6. o(xm)+o(xn)=o(xmin⁡{m,n})o(x^m)+o(x^n)=o(x^{\min\{m,n\}})o(xm)+o(xn)=o(xmin{m,n});xm⋅o(xn)=o(xm+n)x^m\cdot o(x^n)=o(x^{m+n})xm⋅o(xn)=o(xm+n);

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文章大纲

  • 洛必达法则
    • 七种未定式
  • 泰勒公式
    • 常用麦克劳林公式

选项
文章 ID: 544

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