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Lição 42 — Propriedades algébricas dos limites

Leis do limite (soma, produto, quociente, potência, raiz), substituição direta, formas indeterminadas 0/0 por fatoração e racionalização, e Teorema do Confronto.

Used in: 2.º ano do EM (16-17 anos) · Equiv. Math II japonês (極限の性質) · Equiv. Oberstufe Grenzwertregeln alemão

limxaf(x)g(x)=LM,M0\lim_{x \to a} \frac{f(x)}{g(x)} = \frac{L}{M}, \quad M \neq 0
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

演算的性質と絞り込み定理

limxaf(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = Llimxag(x)=M\lim_{x \to a} g(x) = M とし、L,MRL, M \in \mathbb{R} とします。以下の法則はxax \to axa+x \to a^+xax \to a^-x±x \to \pm\inftyすべてに対して成り立ちます。

極限の代数法則

limxaf(x)=L\lim_{x\to a} f(x) = Llimxag(x)=M\lim_{x\to a} g(x) = M ならば、limxa[f(x)+g(x)]=L+M\lim_{x\to a}[f(x) + g(x)] = L + M。」— OpenStax Calculus Volume 1, §2.3, Theorem 2.4

limxcf(x)=L\lim_{x\to c} f(x) = Llimxcg(x)=K\lim_{x\to c} g(x) = K ならば、limxc[f(x)g(x)]=LK\lim_{x\to c}[f(x) \cdot g(x)] = L \cdot K。」— APEX Calculus, §1.3, Theorem 1.3.1

代入法則

合成

limxag(x)=b\lim_{x \to a} g(x) = bffbbで連続ならば: limxaf(g(x))=f(b)=f ⁣(limxag(x)).\lim_{x \to a} f(g(x)) = f(b) = f\!\left(\lim_{x \to a} g(x)\right).

連続でない場合の反例。 g(x)=0g(x) = 0(定数)とし、ffが0で不連続とします。このときlimg=0\lim g = 0ですが、limf(g(x))=f(0)limt0f(t)\lim f(g(x)) = f(0) \neq \lim_{t \to 0} f(t)となります。

絞り込み定理

aaを含む開区間でxax \neq aに対してg(x)f(x)h(x)g(x) \leq f(x) \leq h(x)で、limxag(x)=L=limxah(x)\lim_{x\to a} g(x) = L = \lim_{x\to a} h(x)ならば、limxaf(x)=L\lim_{x\to a} f(x) = L。」— OpenStax Calculus Volume 1, §2.3, Theorem 2.7

古典的な応用。 limx0x2sin(1/x)=0\lim_{x \to 0} x^2 \sin(1/x) = 0を示す:1sin(1/x)1-1 \leq \sin(1/x) \leq 1に注意すると、x2x2sin(1/x)x2-x^2 \leq x^2\sin(1/x) \leq x^2。両端でlimx0(±x2)=0\lim_{x \to 0}(\pm x^2) = 0だから、極限は0です。

不定形と解法技巧

代入法則が0/00/0または/\infty/\inftyを与える場合、代数法則は直接適用できません:

形0/0多項式→ 因数分解して約分形0/0根号がある→ 共役を乗じる形∞/∞有理関数→ 最高次で除す振動 × 0→ 絞り込み定理

不定形の種類ごとの解法技巧選択図。

解答例

Exercise list

40 exercises · 10 with worked solution (25%)

Application 29Understanding 7Modeling 2Challenge 1Proof 1
  1. Ex. 42.1Application

    limx2(x2+3x1)\lim_{x \to 2}(x^2 + 3x - 1)を計算してください。

  2. Ex. 42.2Application

    limx1x2+3\lim_{x \to 1}\sqrt{x^2 + 3}を計算してください。

  3. Ex. 42.3ApplicationAnswer key

    limx0x+1x2+1\lim_{x \to 0}\dfrac{x + 1}{x^2 + 1}を計算してください。

  4. Ex. 42.4Application

    limx1(x3+2x2x+4)\lim_{x \to -1}(x^3 + 2x^2 - x + 4)を計算してください。

  5. Ex. 42.5Application

    limx1(x3+2x2+3x)\lim_{x \to 1}(x^3 + 2x^2 + 3x)を計算してください。

  6. Ex. 42.6Application

    limx3x21x+1\lim_{x \to 3}\dfrac{x^2 - 1}{x + 1}を計算してください。

  7. Ex. 42.7Application

    limx2x3+1x2+1\lim_{x \to -2}\dfrac{x^3 + 1}{x^2 + 1}を計算してください。

  8. Ex. 42.8ApplicationAnswer key

    limx1x2+73\lim_{x \to 1}\sqrt[3]{x^2 + 7}を計算してください。

  9. Ex. 42.9Application

    limx2(x21)(3x+2)\lim_{x \to 2}(x^2 - 1)(3x + 2)を計算してください。

  10. Ex. 42.10Application

    limx0(2x+3)4\lim_{x \to 0}(2x + 3)^4を計算してください。

  11. Ex. 42.11Application

    limx3x29x3\lim_{x \to 3}\dfrac{x^2 - 9}{x - 3}を計算してください。

  12. Ex. 42.12Application

    limx0x2+2xx\lim_{x \to 0}\dfrac{x^2 + 2x}{x}を計算してください。

  13. Ex. 42.13Application

    limx2x24x+2\lim_{x \to -2}\dfrac{x^2 - 4}{x + 2}を計算してください。

  14. Ex. 42.14Application

    limx4x216x4\lim_{x \to 4}\dfrac{x^2 - 16}{x - 4}を計算してください。

  15. Ex. 42.15Application

    limx5x23x10x5\lim_{x \to 5}\dfrac{x^2 - 3x - 10}{x - 5}を計算してください。

  16. Ex. 42.16Application

    limx3x2+2x15x3\lim_{x \to 3}\dfrac{x^2 + 2x - 15}{x - 3}を計算してください。

  17. Ex. 42.17ApplicationAnswer key

    limx2x2+x6x2\lim_{x \to 2}\dfrac{x^2 + x - 6}{x - 2}を計算してください。

  18. Ex. 42.18Application

    limx4x4x2\lim_{x \to 4}\dfrac{x - 4}{\sqrt{x} - 2}を計算してください。

  19. Ex. 42.19ApplicationAnswer key

    limx4x2x4\lim_{x \to 4}\dfrac{\sqrt{x} - 2}{x - 4}を計算してください。

  20. Ex. 42.20ApplicationAnswer key

    limx0x+42x\lim_{x \to 0}\dfrac{\sqrt{x + 4} - 2}{x}を計算してください。

  21. Ex. 42.21ApplicationAnswer key

    limx0x+93x\lim_{x \to 0}\dfrac{\sqrt{x + 9} - 3}{x}を計算してください。

  22. Ex. 42.22Application

    limx01+x1xx\lim_{x \to 0}\dfrac{\sqrt{1+x} - \sqrt{1-x}}{x}を計算してください。

  23. Ex. 42.23Application

    limx2x+1x+3\lim_{x \to \infty}\dfrac{2x + 1}{x + 3}を計算してください。

  24. Ex. 42.24Application

    limx3x2x+2x2+4\lim_{x \to \infty}\dfrac{3x^2 - x + 2}{x^2 + 4}を計算してください。

  25. Ex. 42.25Application

    limxx+5x32\lim_{x \to \infty}\dfrac{x + 5}{x^3 - 2}を計算してください。

  26. Ex. 42.26ApplicationAnswer key

    limx7x25x14x7\lim_{x \to 7}\dfrac{x^2 - 5x - 14}{x - 7}を計算してください。

  27. Ex. 42.27Application

    limx0x2sin(1/x)\lim_{x \to 0} x^2 \sin(1/x)を計算してください。

  28. Ex. 42.28Application

    limx0xcos(1/x)\lim_{x \to 0} x \cos(1/x)を計算してください。

  29. Ex. 42.29Application

    limxsinxx\lim_{x \to \infty}\dfrac{\sin x}{x}を計算してください。

  30. Ex. 42.30Understanding

    limx5(3x2x+7)\lim_{x \to 5}(3x^2 - x + 7)を計算するには、x=5x = 5を直接代入するだけで十分ですか?

  31. Ex. 42.31UnderstandingAnswer key

    極限の商の法則について、どの述べ方が正しいですか?

  32. Ex. 42.32UnderstandingAnswer key

    limx0xsin(1/x)\lim_{x \to 0} x \sin(1/x)は何か、そしてなぜ積の法則は適用されませんか?

  33. Ex. 42.33Understanding

    limx1x21x1\lim_{x \to 1}\dfrac{x^2 - 1}{x - 1}に商の法則を直接適用しようとするとどうなりますか?

  34. Ex. 42.34Understanding

    limx0x2cos(1/x)\lim_{x \to 0} x^2 \cos(1/x)を計算するのに最適な技巧は何ですか?

  35. Ex. 42.35UnderstandingAnswer key

    不定形0/00/0は分子と分母についていかなることを代数的に示唆していますか?

  36. Ex. 42.36Understanding

    すべてのx0x \neq 0に対して3x2f(x)3+x23 - x^2 \leq f(x) \leq 3 + x^2であることが知られています。limx0f(x)\lim_{x \to 0} f(x)を決定して、正当化してください。

  37. Ex. 42.37Modeling

    制御工学では、システムの伝達関数はH(s)=s+2s2+3s+2H(s) = \dfrac{s + 2}{s^2 + 3s + 2}です。DC利得を計算してください:lims0H(s)\lim_{s \to 0} H(s)

  38. Ex. 42.38Modeling

    粒子の位置はs(t)=t2s(t) = t^2メートル。t=1t = 1での瞬間速度を計算してください:limΔt0s(1+Δt)s(1)Δt\lim_{\Delta t \to 0}\dfrac{s(1 + \Delta t) - s(1)}{\Delta t}

  39. Ex. 42.39Challenge

    limx0cosxcos2xx2\lim_{x \to 0}\dfrac{\cos x - \cos 2x}{x^2}を計算してください。

  40. Ex. 42.40Proof

    証明。 エプシロン-デルタでlimx03x=0\lim_{x \to 0} 3x = 0を証明して、この特定の場合に定数倍の法則を検証してください。

参考文献

  • OpenStax Calculus Volume 1 — Strang, Herman他 · OpenStax · 2016 · §2.3(極限の法則)および §2.4(連続性) · CC-BY-NC-SA 4.0。直接代入、因数分解、有理化、無限での極限の演習問題の主要出典。
  • APEX Calculus — Hartman他 · 2023 · §1.3(解析的に極限を求める) · CC-BY-NC 4.0。絞り込み定理と挑戦問題の主要出典。
  • Active Calculus 2.0 — Boelkins · Grand Valley State University · 2024 · §1.2(極限の概念) · CC-BY-NC-SA 4.0。概念的動機、発見活動、演習42.36の参考。

Updated on 2026-05-05 · Author(s): Clube da Matemática

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