很多刚接触高数极限的同学,一看到x趋近于无穷时xcosx的极限就容易犯懵,明明cosx是有界的,x是趋向无穷的,为啥这个极限既不是0也不是无穷,反而压根不存在?今天咱们就把这个知识点的底层逻辑、常见误区全部讲透,看完你就能彻底搞懂这类题的判断方法。
先搞懂两个组成函数的基本特性
咱们先把xcosx拆成两个部分看,一个是cosx,它是典型的周期三角函数,不管x取什么值,cosx的数值永远在-1到1之间波动,永远不会超出这个范围,这种取值范围被严格限制的函数,我们管它叫有界函数。再看另一个部分x,当x不断往正无穷或者负无穷的方向跑的时候,x的绝对值会无限变大,属于我们常说的无穷大量。现在的问题就是,一个有界量和无穷大量相乘,结果到底该怎么判断?
这个乘积的极限为啥确定不存在
要判断极限存在,核心是看x无限增大的过程中,函数值能不能稳定靠近某一个固定的数,不管是有限的常数,还是正无穷、负无穷都可以。但咱们看xcosx的实际表现,当x取2kπ(k为正整数)的时候,cosx的值刚好是1,这时候xcosx就等于x,会跟着x的增大直接往正无穷跑;要是x取(2k+1)π的时候,cosx的值刚好是-1,这时候xcosx就等于-x,x越大这个值反而越往负无穷的方向跑。你看,x越来越大的时候,这个函数值一会往正无穷窜,一会往负无穷跑,根本不可能稳定靠近某一个固定的数值,所以极限肯定是不存在的。不管是x趋近于正无穷还是负无穷,这个结论都成立,因为x往负无穷跑的时候,同样会出现往正负两个方向无限振荡的情况。
别把有界乘无穷大量的结论想当然
很多同学一看到有界函数乘无穷大量,就默认极限要么是无穷要么不存在,其实这个结论是有前提的,得看那个有界量会不会随着x增大稳定趋近于0。比如x乘以sin(1/x),当x趋近于无穷的时候,1/x是趋近于0的,sin(1/x)也会跟着趋近于0,这时候乘积的极限其实是1,是存在的。但xcosx里的cosx不一样,它永远在-1到1之间来回跳,不会稳定靠近0,所以乘上不断变大的x之后,振荡的振幅会无限变大,自然就没有极限了。
这类振荡型极限的判断核心逻辑
以后碰到类似的三角函数和幂函数相乘的极限题,核心就是看三角函数部分的变化趋势:如果三角函数是有界的,但不会随着x增大趋近于0,那乘上无穷大量的幂函数之后,振幅会无限变大,极限肯定不存在;如果三角函数是无穷小,哪怕是很小的无穷小,只要它衰减的速度能和x的增长速度抵消,极限就可能存在。搞懂这个逻辑,以后碰到这类题就不会再出错了。