🐜 蚂蚁微积分 · 补缺 51 天
预备阶段:三角函数 · Day 10 / 51

三角相关极限(sin x / x → 1)

重要极限等价无穷小

🎯 今天要会做什么

这是三角预备的最后一天,也是后面极限阶段(Day 15–21)的敲门砖。真题选择/填空常直接考它。


📖 知识点精讲

1. 第一个重要极限

limx0sinxx=1.\lim_{x\to0}\frac{\sin x}{x}=1.

虽然 x=0x=0sinxx\dfrac{\sin x}{x} 没定义(00\dfrac00),但 xx 越靠近 00,比值越接近 11

x y O -9 -6 -3 3 6 9 1 → 1
y = sin x / x:x→0 时函数值趋于 1(x=0 处是空心,没有定义)。

2. 凑 sinuu\dfrac{\sin u}{u}

只要「正弦里面的角」和「分母」一致,整体就趋于 11。里面是 kxkx 时,把分母也凑成 kxkx

limx0sinkxx=limx0  ksinkxkx=k1=k.\lim_{x\to0}\frac{\sin kx}{x} =\lim_{x\to0}\;k\cdot\frac{\sin kx}{kx} =k\cdot 1=k.

3. 等价无穷小(x0x\to0

sinxx,tanxx,1cosxx22.\sin x\sim x,\qquad \tan x\sim x,\qquad 1-\cos x\sim \frac{x^2}{2}.

\sim」表示 x0x\to0 时两者比值趋于 11,求极限时可以互相替换(这一招在 Day 20 会专门练)。


✍️ 例题精解

例 1 里面带系数

limx0sin3xx.\lim_{x\to0}\frac{\sin 3x}{x}.

 把分母凑成 3x3x

limx0sin3xx=limx0  3sin3x3x=3×1=3.\lim_{x\to0}\frac{\sin 3x}{x}=\lim_{x\to0}\;3\cdot\frac{\sin 3x}{3x}=3\times 1=3.

例 2 分子分母都是正弦

limx0sin2xsin5x.\lim_{x\to0}\frac{\sin 2x}{\sin 5x}.

 上下同除以 xx,各自凑成 sinuu\dfrac{\sin u}{u}

limx0sin2xsin5x=limx0sin2x/xsin5x/x=25.\lim_{x\to0}\frac{\sin 2x}{\sin 5x} =\lim_{x\to0}\frac{\,\sin 2x/x\,}{\,\sin 5x/x\,} =\frac{2}{5}.

例 3 tan\tan 化成 sin/cos\sin/\cos

limx0tanxx=limx0sinxx1cosx=1×11=1.\lim_{x\to0}\frac{\tan x}{x} =\lim_{x\to0}\frac{\sin x}{x}\cdot\frac{1}{\cos x} =1\times\frac{1}{1}=1.

这也说明了为什么 tanxx\tan x\sim x


🧮 课堂练习

先自己做,再展开看答案。错题归入「极限」分类。

  1. limx0sin5xx\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\sin 5x}{x}
  2. limx0sinx3x\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\sin x}{3x}
  3. limx0sin4xsin2x\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\sin 4x}{\sin 2x}
  4. limx0tan3xx\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\tan 3x}{x}
  5. limx0xsin2x\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{x}{\sin 2x}
参考答案
  1. lim5sin5x5x=5\displaystyle\lim 5\cdot\frac{\sin 5x}{5x}=5
  2. 13limsinxx=13\displaystyle\frac13\lim\frac{\sin x}{x}=\frac13
  3. 42=2\dfrac{4}{2}=2
  4. tan3xx=sin3xxcos3x31=3\dfrac{\tan 3x}{x}=\dfrac{\sin 3x}{x\cos 3x}\to\dfrac{3}{1}=3
  5. 取倒数想:sin2xx2\dfrac{\sin 2x}{x}\to2,故 xsin2x12\dfrac{x}{\sin 2x}\to\dfrac12

🎓 真题实战

下面两道直接来自历年卷,用今天的重要极限就能做:

真题 1 (2022 年 4 月 · 第 7 题,填空) limx0sinxx=\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\sin x}{x}= ______。

真题 2 (2021 年 10 月 · 第 2 题,选择) limx0sin2xx=\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\sin 2x}{x}= A. 00 B. 12\dfrac12 C. 11 D. 22

真题参考答案

真题 1 这就是第一个重要极限本身,=1=1

真题 2 凑分母为 2x2xlimx02sin2x2x=2×1=2\displaystyle\lim_{x\to0}2\cdot\frac{\sin 2x}{2x}=2\times1=2,选 D

彩蛋:2019 年 10 月真题 第 7 题考 limx0arctanxx=1\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\arctan x}{x}=1,是同一类型(arctanxx\arctan x\sim x)。这些极限在 Day 15–21 还会系统练。完整卷见 2022 年 4 月真题2021 年 10 月真题


🔑 小结 / 易错点