微积分解说——sinx/x为什么是个重要极限

数理土豆饼课程 2024-03-27 02:57:35

微积分教材中,都说 sin x/ x 是 两个重要极限中的一个。

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另一个当然是结果为 e 的极限了.

那 计算函数极限,洛必达法则 是个 非常重要方便的方法,这个极限 为什么不用 洛必达法则 进行计算,而是用 夹逼准则 进行计算呢?

用洛必达法则sinx 和 x 的导数公式都简单,求导后 将0代入,不正好得1吗?

就是因为 推导 sin x 的导数公式,需要用到 这个极限,所以 不能循环论证。

让我们来看看 sin x 的导数 推导过程吧

如上图,在这个过程中,三角函数和差化积起了重要作用,最后 要计算 sin x 的导数 公式,就 需要先 计算 这个极限。

所以呀,这个极限确实重要,是三角函数导数公式的基础。

具体计算 这个极限,如何用夹逼准则呢?

就是用 两个 函数 夹一个 函数。

sin x /x 这个函数,只要x 不等于0都有意义。

那 用 哪两个 函数夹它呢?

一个是 con x

另一个是 1

就是 在 无限接近 x 等于 0的过程中,

一直有 sin x/x 小于 1

有 sin x /x 大于 cos x

好了,夹完了,如何逼呢?

逼 就是 x 趋于0时,1和 cos x 这两个函数的极限 都是 1, 而 sinx / x 的值 在它们 中间,所以这个极限 必然是 1

论证 sinx / x 小于1 相对比较简单,如上图,在上边 这个单位圆上,弧线的长度 是 x, 垂线的长度 是 sin x, 一点到一条直线的距离,当然垂线最短,所以有 x 大于 sin x

论证 sin x /x 大于 cos x 相对复杂。

如上边 这个图,黄线表示的 是 tan x 的长度, 弧线 表示的 是 x 的长度。 这两个的大小,不好直接比较,可以通过 比较 三角形 和 扇形 的面积,来间接比较 出大小来,1/2 x 是 扇形面积,1/2 tan x 是三角形面积。 显然 三角形 面积 大于 扇形,这样 就会得出 tan x 大于 x.

通过 tan x 大于 x,就能推导出 sinx /x 大于 cos x

x 趋于0时, cos x 的极限是 1

常数函数1 的极限 当然是 1

这样,上下一逼,sin x / x 的极限 必然是1

这个推导过程,比较复杂,有好几处技巧,其实 深刻地反映了 事情的本质。

夹逼准则,也是求极限 的一个非常 重要的方法。

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