求二元函数极限的几种方法

PAGE1.二元函数极限概念分析定义1设函数在上有定义，是的聚点，是一个确定的实数.如果对于任意给定的正数，总存在某正数,使得时，都有,则称在上当时，以为极限，记.上述极限又称为二重极限.2．二元函数极限的求法2.1利用二元函数的连续性命题若函数在点处连续，则.例1求在点的极限.解：因为在点处连续，所以例2求极限．解：因函数在点的邻域内连续，故可直接代入求极限，即=．2.2利用恒等变形法将二元函数进行恒等变形，例如分母或分子有理化等.例3求解：例4．解：原式．2.3利用等价无穷小代换一元函数中的等价无穷小概念可以推广到二元函数.在二元函数中常见的等价无穷小，有；；；；；；；；同一元函数一样，等价无穷小代换只能在乘法和除法中应用.例5求解：当，时，有.，所以这个例子也可以用恒等变形法计算，如：2.4利用两个重要极限，它们分别是一元函数中两个重要极限的推广.例6求极限.解：先把已知极限化为，而当时，所以故原式=例7求极限.解：因为，当时，，所以，再利用极限四则运算可得：·1=.这个例子也可以用等价无穷小代换计算，如：当，时，，.所以，2.5利用无穷小量与有界量的乘积仍为无穷小量的结论例8求解:因为是无穷小量，是有界量，故可知，例9求解原式=因为是有界量，又是无穷小量，所以，.虽然这个方法计算实际问题上不那么多用，但计算对无穷小量与有界量的乘积形式的极限的最简单方法之一.2.6利用变量替换法通过变量替换可以将某些二元函数的极限转化为一元函数的极限来计算，从而使二元函数的极限变得简单.但利用时一定要满足下面的定理。定理：函数点的取心领域内有定义的且、沿向量的方向余弦，若二元函数的极限,则若的值与、无关，则；若的值与、有关，则不存在；例10求解因时，，令，显然满足定理的条件，则，所以，.例11求极限解：令又显然满足定理的条件，则2.7利用夹逼准则二元函数的夹逼准则：设在点的领域内有，且（常数），则.但要注意求二元函数极限时是对两个变量同时放缩．例12求解:因为，由夹逼准则，得.例13求极限．解:，又，故=0．2.8先估计后证明法此方法的运用往往是先通过观察推断出函数的极限，然后用定义证明.例14求函数在点处的极限.解:此例分2部考虑：先令，考虑沿时的极限，.因为路径为特殊方向，因此我们还不能判断出极限为.所以下面用定义检验极限是否为：因为于是，取且=，所以.例15.求在的极限.解：若函数中动点沿直线趋于原点，则即函数中动点沿着无穷多个方向趋于原点时，它的极限为；但根据这个我们不能说它的极限为；由于动点沿着其它的路径，比如沿抛物线趋于原点时，其极限为从而判断出不存在；通过例子我们得出任意方向不能代表任意路径，也就是说，我们沿动点不仅任何路径而且还必须任意方向；2.9利用极坐标法当二元函数中含有项时，考虑用极坐标变换：通过综合运用恒等变换，不等式放缩等方法将二元函数转化为只含有参量的函数，进而求二元函数的极限.例16计算解:极限中的二元函数含有，令，使得，，由夹逼准则得，所以，.例17求极限.解：若令t为变量，使且，则，当时，t0.对任意固定的上式均趋于0，但不能下结论说=0.事实上不存在，这只让沿着任意方向趋于定点(0,0)，此时.=在运用此方法时注意，经过初等变换后的函数满足用迫敛性得函数的极限为；若化简后的函数为，但对于某个固定的，仍不能判断函数的极限为.2.10利用累次极限法一般情况下，累次极限存在并不能保证二重极限存在，但二元函数满足定理2的条件，就可以利用累次极限来计算极限.定理2若在点存在重极限与两个累次极限，则它们必相等.例18求极限解:，对任意一致的成立；而对存在，根据定理1，得.这道题也可以用上述所说的先估计后证明法和极坐标法来计算，如：用先估计后证明法：解:通过观察可知极限中的二元函数分子是分母的高阶无穷小量，故极限应为，定义证明：因为，故要使，则，故.（2）用极坐标法解令，因为，，由夹逼准则得，，所以，.例19求函数=的极限.解：当，以为常数时，不存在，从而得原函数极限不存在;很显然，这种计算法是错的；因为中，当时，为无穷小量；时，为有界量，从而得，同样；所以；此例题我们推出：如果不熟重极限与累次极限的定义反而混乱它们的存在性，所以应该要注意下列三点：一）若累次极限存在且相等，而重极限不一定存在；例：中：但不存在。二）虽然重极限存在，但不一定两累次极限存在；例：中，，两都不存在；三）两累次极限和重极限中有一个或两个存在不能保证其它的极限的存在性；2.11利用取对数法这一方法适合于指数函数求极限.对于二元指数函数，也可以像一元函数那样，先取对数，然后再求极限.例20求解:设，则，而，令，知，故原式=；2.12运用洛必达法则求二元函数的极限例21求．解:由第一章定理7洛必达法则可知2.13利用定义求二元函数极限例22用定义验证：．解:==，限定，则从而，．故．设为任意正数，取，则当时，就有．和一元函数一样，在使用函数定义求极限的时候，也伴随有放缩，这时要注意是对两个自变量的同时限制．在二元函数的定义中，要求任意方式趋于时，函数都无限