北京四中---高中数学高考综合复习 专题三十七 极限

1高中数学高考综合复习专题三十七极限一、知识网络二、高考考点1.数学归纳法在证明恒等式或证明不等式等方面的应用；2.求数列极限的值或函数极限的值；已知数列的极限或已知函数的极限，求有关参数的值；3.函数连续性的概念；4.数学归纳法、极限在综合问题中的应用或计算。三、知识要点（一）数学归纳法由一系列有限的特殊事例得出一般结论的推证方法称为归纳法。根据推理过程中考察的对象是涉及事物的一部分还是全部，归纳法又分为“不完全归纳法”和“完全归纳法”。数学归纳法是完全归纳法。不过一般归纳法是由“特殊”发现“一般”的辩证手段，而数学归纳法只是一种利用递推方法来证明关于正整数命题的重要方法。因此数学归纳法常与不完全归纳法“合作”：用不完全归纳法发现规律，用数学归纳法证明猜想。1.定义对于一个与正整数n有关的命题，我们设想：先证明n取第一个值时命题成立，然后假设当时命题成立，并据此证明当时命题也成立。因为证明了这一点就可以断定这一命题对n取后面的所有正整数也成立，这种证明方法叫数学归纳法。2．运用数学归纳法证明命题的步骤由数学归纳法的定义可知，数学归纳法证明关于正整数n的命题主要分为两步：⑴验证当n=(时命题成立；⑵假设当n=k时命题成立并据此证明当n=k+1时命题也成立。2于是由（1）、（2）便可断定命题对于从开始的所有正整数n都成立。认知：在这里，第一步的验证是奠基步骤，为命题推理的基础；第二步是递推的依据，为命题具有传递性的保证，这两步各司其职，缺一不可。其中的第二步在由n=k时命题成立推证n=k+1时命题也成立的过程中，归纳假设（即n=k时命题成立的假设）至少要用一次。（二）数列的极限1．定义（描述定义）：对于无穷数列，如果当项数n无限增大时，数列的项无限趋近于某个常数a(即无限趋近于0)，则说数列以a为极限，或者说a是数列的极限，记做，或记作当时，认知：当项数n无限增大时数列的项无限趋近于a的方式有三种：一是从小于a的方向趋近于a；二是从大于a的方向趋近于a；三是从a的左右两个方向趋近于a，不论是那种趋近方式，只要当n无限增大时，无限的趋近于常数a（等价于无限的趋近于0），a就数列的极限。当存在时，a是可以趋近而不可达到（一般情形）的“目标”。2．基本极限⑴（2）（c为常数）⑶（）以上三个极限是高中阶段寻求数列极限的基本依据。3．四则运算法则如果，，那么；；3特别的，若c为常数，则引申：对于数列的和、差、积的极限运算法则，都可以引申到有限多个有极限的数列的情形。（三）函数的极限1.函数极限的定义定义1：对于函数f（x）和常数a（1）当自变量x取正值并且无限增大时，如果函数f(x)无限趋近于常数a，则说当x趋向于正无穷大时，函数f(x)的极限是a，记做，也可记作当时；（2）当自变量x取负值并且绝对值无限增大时，如果函数f(x)无限趋近于常数a，则说当x趋向于负无穷大时，函数f(x)的极限是a，记做，也可记作当时；（3）如果且，则说当x趋向于无穷大时，函数f(x)的极限是a，记做，也可记作当时特例：对于常数函数，也有定义2：对于函数f(x)和常数a（1）当自变量x无限趋近于常数（但）时，如果函数无限趋近于常数a，则说当x趋近于时，函数的极限是a，记做，也可记作当时（2）当自变量x从点左侧（）无限趋近于时，如果函数无限趋近于常数a，则说函数在点的左极限是a，记做，（3）当自变量x从点右侧（）无限趋近于时，如果函数无限趋近于常数a，则说函数在点的右极限是a，记做，认知42.函数极限的四则运算（1）如果，，那么；；；特殊的，（c为常数）（2）上述法则对于的情况仍然成立（3）上述两个函数的和、差、积的极限运算法则，都可以推广到有限多个有极限的函数的和、差、积的极限。（四）函数的连续性1.定义定义1（函数在某一点处连续的定义）如果函数在点处及其附近有定义，而且，则说函数在点处连续。认知：（1）函数在点处连续必须满足下面三个条件：①函数在点处有定义；②函数在点处有极限，即存在③，即函数在点处的极限等于在点处的函数值。上述三个条件中有一个条件不满足，函数在点处不连续（此时称点为函数的间断点）（2）函数在点处连续与函数在点处有极限的联系与区别：①联系：函数在点处连续定义在函数在点处有极限的基础上。②在点处有极限，与是否存在无关（即可以不属于的定义域）；在点处连续则必须要求存在且等于在点处的极限。5定义2（函数在区间上的连续性）：（1）如果函数在某一开区间（a，b）内每一点处都连续，则说在开区间（a，b）内连续，或说是开区间（a，b）内的连续函数。（2）如果函数在开区间（a，b）内连续，并且在左端点处有（左连续），在右端点处有（右连续），则说在闭区间[a，b]上连续，或说是闭区间[a，b]上的连续函数。2.连续函数的性质性质1（最值定理）：如果是闭区间[a，b]上的连续函数，那么在闭区间[a，b]上有最大值和最小值。（注意：这里的最大值或最小值可能在区间端点处取得）性质2：如果函数，在点处连续，则函数，，在点处连续。3.初等函数与复合函数的连续性（1）初等函数的连续性：幂函数，指数函数，对数函数，三角函数，反三角函数等五种函数统称基本初等函数；基本初等函数经过有限项四则运算和有限项复合而得的函数统称初等函数；一切初等函数都在它们的定义区间上连续。（2）复合函数的连续性。如果函数在点处连续，函数在点处连续，那么复合函数在处连续。例1、用数学归纳法证明，其中，证明：（1）当n=1时，左边∵，∴∴左边，即，6∴当n=1时不等式成立（2）假设时命题成立，即，则当n=k+1时，不等式左边（※）注意到当n=1时证明的结论由（※）式得不等式左边即当n=k+1时不等式成立；于是由（1）、（2）知对于任何，不等式都成立。点评：在这里，我们由假设n=k时不等式成立推证n=k+1时命题成立的过渡中，运用了第一步证明过的n=1时的结论：，这一点在运用数学归纳法证明问题时应格外关注和刻意借鉴。例2、设，求证证明：注意到，因而原不等式（※）（1）当n=1时（※）式左边=1，右边，故n=1时（※）式成立，从而原不等式成立（2）假设当n=k（）时（※）式成立，即则当n=k+1时，7（※）式左边∵∴∴※）式左边右边∴当n=k+1时，（※）式成立，即当n=k+1时原不等式成立于是由（1）（2）知对一切，原不等式成立。点评：此例的证法告诉我们运用数学归纳法证明命题时应注意对待证不等式（或恒等式）的等价转换：化繁为简或化生为熟。例3、（关于n的分式的极限）：（1）试求；（2）试求（3）试求（4）已知，求常数a，b的值。解：（1）注意到当n无限增大时，分式中分子分母都无限增大（没有极限），为利用数列极限的运算法则，分子分母同除以无穷大因子8（2）认知：对于分式型极限（这里均为n的多项式），当n无限增大时，若均无限增大，即极限呈“”待定型，则一般通过分子分母约去无穷大因子——分母中n的最高次幂，使“”待定型极限一次转化为确定型极限。一般地，若的次数的次数，则=0；若的次数的次数，则=分子分母最高次系数之比；若的次数的次数，则不存在；认知以上规律，可有效提高我们审题的眼力。（3）讨论：（Ⅰ）当时，分子次数分母次数，极限不存在；（Ⅱ）当a=1时，原式∴由（Ⅰ）、（Ⅱ）可知，当a=1时，；当时，极限不存在。（4）9解法一（利用对分式极限的认知）由已知得注意到分母为n的一次多项式，故有存在，当且仅当a=0，于是由已知又得∴b=2∴a=0，b=2.解法二（凑项、转化）：注意到以及它与已知极限的联系，由已知得①又②∴由①②得③而∴由③得b-2=0即b=2于是可得所求常数a=0，b=2.例4：关于n的无理式的极限（1）求下列极限：①；②；③；④解：10①（有理化分子）.点评1：若所给极限呈待定型，则可直接通过约去分子分母的无穷大因子转化为确定型；若所给极限呈其它待定型，则一般要通过有理化（有理化分子或有理化分母）的手段转化为型，而后运用约简的方法再行转化。②（局部有理化分子）（转化为型）③（原分子与分母同时有理化）（转型成功）点评2：在这里，（对原分子或原分母施行）有理化是化其他类型的极限为“”型极限的手段，而不是目的。对于本题所给极限通过分子分母同时有理化的变形后，转化为，并未达到有理化的目的，但却达到转化为“”型的目标，为下一步约简转化奠定了必要的基础。④（局部有理化分子）11（完成转型）（2）已知，求a，b的值。解：由得∴由商式极限的认知得解得∴所求a，b的值分别为a=25，b=20.例5：通项含有的数列的极限（1）如果存在（），则q的取值范围为（）A.[-1，1]B.（-1，1）C.[0，1]D.（-1，1]分析：当时=1，由此否定B当时，=0，由此否定C；当时，数列即-1，1，-1，1…，显然它无极限，由此否定A故本题应选D。认知：对于任意，都有12（Ⅰ）当时，=0；（Ⅱ）当时，若q=1，则；若q=-1时，不存在；（Ⅲ）当时，不存在。因此，寻求通项含有的数列的极限，都要构造出（），并利用基本极限=0（），为此要考虑分，，以及a=b，a=-b来讨论。（2）试求解：为构造出形如（）的n的指数式而讨论（Ⅰ）当时，，∴此时∴（Ⅱ）当时，，∴∴；（Ⅲ）当时，∴此时∴13于是有（3）已知，则a的取值范围为（）A.a0B.a2或C.–2a2D.a-2或a2分析：由与2的大小关系入手讨论。（Ⅰ）当，即a-2或a2时有∴；（Ⅱ）当a=2时；当a=-2时，极限不存在；（Ⅲ）当，即-2a2时有∴；于是由（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅲ）得所求a的范围为（-2，2），本题应选C。（4）已知等比数列的公比为q，且有，求的取值范围。解：由已知得，显然存在或q=1.14注意到这里，故由已知得或或或或∴所求的范围为（5）在等比数列中，，且前n项和Sn满足，求的取值范围。解：设等比数列的公比为q，则显然∴由存在知，∴由得∵，∴又，故得∴所求的取值范围为点评：设无穷等比数列的公比为，则存在，且时，此时常说无穷等比数列的各项和例6和式或积式的极限（1）。15解：原式=1-0=1.点评：诸如此类的和式，本质上是无穷多项相加，故不能直接运用数列极限的运算法则计算，而只能是先求和再求极限，其中求和的主要策略。（Ⅰ）从和式的一般项入手裂项、累加、抵消、转化；（Ⅱ）从和式的一般项入手化整为零，重新集项，利用已知公式求和转化为有限项形式的极限。（2）已知数列的前n项和，求解：从求切入由已知得当时∴又恰等于5n-2当n=1时的值，∴又∴16∴（3）。解：原式点评2：诸如此类的积式，本质上是无穷多项相乘，故不能直接运用数列极限的运算法则计算，而只能是先化简转化再计算极限，其中积式的化简转化的主要策略为：（Ⅰ）变形、约简；运用通分、约因子等手段，制造连锁约简反应，约去中间各项；（Ⅱ）变形、转化：转化为和式的极限。例7、求下列函数的极限（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）分析：（1）当时所给商式的极限呈型，极限值不能直接确定。注意到这一商式的极限与点x=-2对应的函数17值无关，只与商式在x=-2处附近的性质有关，故考虑消去当时上下两式中极限为0的因式（无穷小因子），使其质变后再运用函数极限的运算法则计算极限。其他各题的解法类同，只是揭露极限为零的公因式的手法有所不同。解：（1）（2）（3）（4）解法一：（上下两式以分解因式暴露无穷小因子）解法二（通过上下两式有理化揭露无穷小因子）（5）18（6）例8（求解函数极限的逆向问题）（1）已知，求m，n的值；（2）已知，求常数a，b的值。解：（1）注意到，故分子必含有x+2这一因式。解法一（由分子的极限切入）：∵（配凑）∴于是有∴所求m=3，n=-119解法二（从二次方程的根切入）：由已知得x=-2为方程的根∴m=3∴∴所求m=3，n=-1（2）∵，∴由此得即①∴由此得，解得②∴②代入①得∴所求待定系数，。点评：若（A为常数），且，则必含有的因式，即必有本题就是从这一点切入并突破的。例9、判断下列命题的真假：①若，则；20②若在处无定义，则不存在③若不存在，则在处无定义④若存在，不存