洛必达法则(L'Hôpital's Rule)是用于求解0/0型或∞/∞型极限的重要方法。对于0/0型极限,其核心公式和判定条件如下:
一、基本公式
若函数$f(x)$和$g(x)$满足:
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$\lim_{x \rightarrow a} f(x) = 0$ 且 $\lim_{x \rightarrow a} g(x) = 0$(或 $\lim_{x \rightarrow \infty} f(x) = \infty$ 且 $\lim_{x \rightarrow \infty} g(x) = \infty$);
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$f(x)$和$g(x)$在$a$的某去心邻域内可导,且$g'(x) \neq 0$;
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$\lim_{x \rightarrow a} \frac{f'(x)}{g'(x)}$ 存在(或为无穷大)。
则原极限可转化为: $$ \lim_{x \rightarrow a} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \rightarrow a} \frac{f'(x)}{g'(x)} $$
二、补充说明
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条件验证 :需先判断极限是否为0/0型,可通过等价无穷小替换、泰勒展开等方法验证;
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多次应用 :若$\lim_{x \rightarrow a} \frac{f'(x)}{g'(x)}$仍为0/0型,可多次求导直至极限存在;
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不适用情况 :不适用于非0/0型或∞/∞型(如0×∞型需先变形为0/0型或∞/∞型)。
三、示例
计算$\lim_{x \rightarrow 0} \frac{\sin x}{x}$:
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满足0/0型条件;
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$f'(x) = \cos x$,$g'(x) = 1$;
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$\lim_{x \rightarrow 0} \frac{\cos x}{1} = 1$。
$\lim_{x \rightarrow 0} \frac{\sin x}{x} = 1$。
四、注意事项
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洛必达法则仅适用于可导函数,且需导数存在且不为零;
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若求导后极限不存在(如振荡),则原极限可能不存在。
通过以上公式和条件,可系统化地求解0/0型极限问题。