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第 1 幕
一道你闭着眼都会做的题
求 lim(x→2) (x² + 3x)。你把 2 代进去,得 10,用了两秒。
但你刚才其实用了四条定理。点按钮一步一步拆开看:
把这几条法则拿掉,这道题你就只能回去跟 ε-δ 死磕——对着 x²+3x 找那个 δ。
这一节的价值就是让你永远不必再干那件事。
接第五页那个比喻。
第五页说:ε-δ 是验钞机,夹逼和单调有界是印钞机(能从无到有造出极限)。
这一节是第三样东西:流水线。它自己造不出任何极限——
但只要给它几个现成的零件,它就能拼出成千上万个新的。你做的绝大多数极限题,走的都是这条流水线。
第 2 幕
五条法则,其实只有三条
课本列了一串:和、差、积、商,再加复合。但差是白给的——
lim(f − g) = lim[f + (−1)·g]
用一次积法则(乘常数 −1),再用一次和法则,差法则就出来了。它不是一条独立的法则,是两条法则的组合。
这件事你见过第二回了。第十六页说过:
四条求导法则里,商法则是乘积法则的推论,真正独立的只有三条。
这里也一样——课本把推论和地基并列写在一张表上,是为了好查,不是因为它们地位相同。
看表要看出哪条是承重的。
第 3 幕
⚠️ 支点:那句被所有人跳过的前提
每条法则前面都有半句话,你多半从来没读过它:
「设 lim f = A,lim g = B 都存在,则……」
这半句话不是客套。它一旦不成立,把公式硬套下去,结论可以任意错。四个开关,各踩一次:
⚠️ 第 ② 个开关是全页最该记住的一张图。
三个式子形式完全一样,都是「∞ 减 ∞」,答案却是 1、1/2、∞。
这说明「∞ − ∞」这个写法本身不含任何信息——它不是一个数,是一句「我还不知道」。
第 ④ 个开关,和第十一页是同一件事。
第十一页说:洛必达是单向的——求导后极限不存在,推不出原极限不存在。
这里是:运算法则也是单向的——和的极限存在,推不出两个各自的极限存在。
定理写的是「若……则……」,反着读从来就不成立,除非另有证明。
有人这样算:lim(x→∞)[(x+1) − x] = lim(x+1) − lim x = ∞ − ∞ = 0。错在哪一步?(不是最后一步)
错在第一步,也就是"拆开"那一步。
差法则要求两个极限各自都存在,可 lim(x+1) 和 lim x 都是 ∞——按第三页的规矩,那叫不存在。
前提不成立,这一步根本没有资格写下来,后面对错都无所谓了。
正确做法是先化简再取极限:(x+1) − x = 1,所以极限是 1。
记住这个次序:先想办法让前提成立,再用法则。
第 4 幕
商法则那个额外条件:B ≠ 0
分母的极限一旦是 0,商法则立刻失效。而且失效得很彻底——此时答案取决于分子分母谁消失得更快:
三个都是「0 除以 0」,三条曲线奔向三个完全不同的地方
还第四页的账。
第四页整页在讲「快多少」怎么量化,当时你可能觉得那是个偏门话题。
现在它的用处出来了:0/0 型的答案,就是分子分母的阶之差。
阶不是概念游戏,它是这类题唯一的判据。
0/0 不是"等于 0",也不是"等于 1",它什么都不等于。
它是一个问题,不是一个答案——而这个问题的答案藏在"谁更快"里。
lim(x→1) (x²−1)/(x−1):直接代入得 0/0。为什么不能就此宣布"极限不存在"?
因为 0/0 只说明「商法则用不了」,没说「极限不存在」。这是两件事。
这里约掉公因子:(x²−1)/(x−1) = x+1(x ≠ 1 时两者恒等),
而极限只关心 x ≠ 1 的那些点,所以极限就是 1+1 = 2。
「法则用不了」和「答案不存在」,中间隔着整个第三章——洛必达、泰勒,都是来收拾这种局面的。
第 5 幕
复合函数:不能随手"换进去"
这一步几乎人人都在做:lim f(g(x)) = f(lim g(x))——把极限符号挪到 f 里面去。
看着天经地义。可它是五条法则里条件最多的一条,而且反例简单得令人不安:
左:一个在 0 处跳一下的 f · 右:一个反复穿过 0 的 g
lim(x→0) g(x) = 0右图那条曲线确实奔向 0
f(0) = 0左图在原点那个孤零零的实心点
于是"换进去"给出:lim f(g(x)) = f(0) = 0看着没毛病
可实际上:g(x) 一会儿等于 0、一会儿不等于 0,f(g(x)) 就在 0 和 1 之间反复横跳极限根本不存在
⚠️ 问题出在 f 在那一点是断的。
f 在 u = 0 处的函数值,和它附近的取值完全脱节——
而极限只看附近,换进去这个动作却把结论押在了那一点的函数值上。
所以这条法则真正需要的是:
要么 g(x) 在 x₀ 附近不等于那个目标值,要么——f 在那一点连续。
「f 连续」这四个字,就是下一幕的全部内容。
第 6 幕
1.9:你从中学就在用的那张许可证
连续的定义(第二页给过)是:lim(x→x₀) f(x) = f(x₀)。
把它反过来读一遍,味道完全不同:
f 连续 ⟺ 极限符号可以钻进 f 里面去
lim f(g(x)) = f( lim g(x) )
连续这个词,在这里第一次显出它的真实身份:它不是"图像不断"这么个描述,它是一张操作许可证——允许你把极限和函数交换次序。
再加上 1.9 的另一半:连续函数经过加减乘除、复合、取反函数,仍然连续;一切初等函数在其定义区间内都连续。于是——
你"直接代进去"的那个动作,从此有了依据
lim(x→2)(x²+3x) = 2²+3·2 = 10,凭的不是"看起来行",
凭的是「多项式是初等函数,在 x=2 处连续」这条定理。
第 1 幕拆的那四步,1.9 一句话就全包了。
还有一个立刻能用的好处:套着的极限可以往外拿。
limx→0 ln(1+x)1/x = ln[ limx→0(1+x)1/x ] = ln e = 1
中间那一步就是第五页那台印钞机造出来的 e。
而把 ln 提到极限号外面,靠的正是这一幕的许可证——ln 在 e 处连续。
两页的东西在这一行里咬合上了:一个负责造出 e,一个负责允许你把它拿出来。
第 5 幕那个反例里的 f,和这一幕的 ln,差别到底在哪一个字上?
差在连续两个字。
第 5 幕那个 f 在 u=0 处是可去间断点(第二页那张决策树的第一格):它在那点的值和附近的走向对不上,
所以"钻进去"会钻到一个和邻域无关的孤立值上。
ln 在 e 处连续,函数值和附近的走向严丝合缝,钻进去钻出来都一样。
一句话:许可证的名字就叫「连续」,没这三个字就不许换。
第 7 幕
七个漏洞,和后面几章的分工
把这一节的前提逐条破坏,得到的就是七种未定式。它们不是七个知识点,是这套法则的七个失效场景:
这张表其实是一张全书导航图。
高数上册后面那些看起来五花八门的技巧——等价无穷小、洛必达、泰勒、取对数——
全都是在给这七个漏洞打补丁。
知道一道题属于哪个漏洞,就知道该翻哪一章。
lim(x→0+) x·ln x 属于哪种未定式?照表上说的,第一步该干什么?
属于 0 · ∞(x → 0,而 ln x → −∞)。
表上写着:改写成 0/0 或 ∞/∞。这里写成 ln x / (1/x),就变成了 ∞/∞,
然后洛必达一次:(1/x) / (−1/x²) = −x → 0。
注意第一步不是"想办法算",是"先认出它是哪一类"——认出来了,路就只剩一条。
第 8 幕
整节话,就这三行
法则永远带着前提:两个极限都存在(商还要求分母不为 0)
前提不成立时先化简,不许先拆开——七种未定式全是硬拆出来的
「连续」是一张许可证:有它才能把极限符号挪到函数里面去
最后留一句话给整个第一章:
这一章从"极限是什么"出发,到这里给出了三种得到极限的方式:
① 回定义验证(ε-δ / ε-N,慢但绝对可靠)
② 造出来(夹逼、单调有界——第五页那两台印钞机)
③ 组装(本页的运算法则+连续性,你 90% 的时间都花在这条路上)
三条路都通,但只有第三条快。而它能快,是因为前两条已经把地基打好了。
今 天 的 任 务
八道,第 2、4、6、8 题是这一页的命门
每道题先写一行「这里用的是哪条法则、前提满不满足」,再动笔算。这一行才是今天要练的东西。
- 求 lim(x→3) (2x²−x+1)/(x+1),并写明凭什么可以直接代入答案里要出现"初等函数在定义区间内连续"
- ⚠️ 有人算 lim(x→∞)[(x+1) − x] = ∞ − ∞ = 0。指出错在第几步,再给出正解错的不是最后一步。先把你自己的第一反应写下来
- 求 lim(x→∞)[√(x²+x) − x]先有理化,让前提成立,再用法则。答案是 1/2
- ⚠️ 举一个例子:f 和 g 各自的极限都不存在,但 f+g 的极限存在第 3 幕第 ④ 个开关。这题在训练"定理不能反着读"
- 求 lim(x→1) (x³−1)/(x²−1)0/0 型。约分。顺便说说分子分母各是几阶
- ⚠️ lim(x→0) ln(1+x)/x:写出把 ln 提到极限号外面那一步,并说明凭什么可以提提的依据是三个字。答案是 1
- 把 lim(x→0⁺) x·ln x 归类到七种未定式的哪一种,写出改写后的形式不要求算完,要求写对第一步
- ⚠️ 用你自己的话写清楚:为什么"∞ − ∞"不能等于 0答案里必须出现三个具体例子,且它们的结果互不相同
第 8 题请真的写三个例子出来。
一个人一旦亲手写下三个形式相同、答案却是 1、1/2、∞ 的式子,他这辈子都不会再把 ∞−∞ 当成 0。
只是"看懂了"的人,考场上还会写。
对完答案,每道错题旁只写一句:
我是前提没检查就拆开、定理反着用了、忘了 B≠0,还是纯算错?