A. Tóm tắt lý thuyết cần nhớ 1. Các giới hạn đặc biệt Với ta có Nếu chẵn: Nếu lẻ: (1), là hằng số (1) đúng khi , , 2. Định lý về giới hạn hữu hạn Định lý 1: Giả sử và . Khi đó a. b. (Nếu là hằng số thì ) c. Nếu thì Định lý 2: Giả sử . Khi đó a. b. c. Nếu , , là 1 khoảng chứa thì và Định lý 1, 2 vẫn đúng khi thay bởi , ,
Trang 1A Tóm tắt lý thuyết cần nhớ
1 Các giới hạn đặc biệt
Với ∀ ∈ k Z+ ta có
x x
→+∞ = +∞
Nếu k chẵn: lim k
x x
→−∞ = +∞
Nếu k lẻ: lim k
x x
→−∞ = −∞
x
c x
x
c x
0
lim
x x c c
→ = (1), c là hằng số (1) đúng khi x → x0+, x → x0−, x→ ±∞
x x x x
2 Định lý về giới hạn hữu hạn
Định lý 1: Giả sử ( )
0
lim
x x f x L
0
lim
x x g x M
→ = ( L M , ∈ R ) Khi đó
0
lim
x x f x g x L M
0
x x f x g x L M
→ + = (Nếu c là hằng số thì ( )
0
x x c f x c L
→ = )
c Nếu M ≠ 0 thì ( )
( )
0
lim
x x
f x L
g x M
Định lý 2: Giả sử
0
lim
x x L
→ = Khi đó
0
lim
x x f x L
0
3 3
lim
x x f x L
c Nếu f x ( ) ≥ 0, ∀ ∈ x K x \ { }0 , K là 1 khoảng chứa x0 thì
0
L ≥ và ( )
0
lim
x x f x L
Định lý 1, 2 vẫn đúng khi thay x → x0 bởi x → ±∞, x → x0+, x → x0−
Trang 23 Quy tắc tìm giới hạn vô cực Quy tắc 1: Nếu ( )
0
lim
x x f x c
0
lim
x→x = ±∞ thì ( )
( )
0
x x
f x
g x
Quy tắc 2: Nếu ( )
0
lim
x x f x
0
x x g x L
→ = ≠ thì lim f x g x ( ) ( ) được cho trong
bảng sau:
x x f x L x x g x
→ = → = và g x( ) >0 hoặc g x( ) <0 với ∀ ∈x K \{ }x0 ,
trong đó K là một khoảng chứa x thì 0 ( )
( )
0
lim
x x
f x
g x
→ được cho trong bảng sau:
( Quy tắc 1, quy tắc 2, quy tắc 3 được áp dụng cho các trường hợp x→x x0+, → x x0−, → ±∞ )
Các dạng vô định:
0
lim
x x f x
→ Dấu của L
0
lim
→
+∞
+∞
−∞
−∞
+ -+
+∞
−∞
−∞
+∞
( )
0
lim
x x
f x
g x
→
+ +
-+ -+
+∞
−∞
−∞
+∞
Trang 3Khi tìm giới hạn của một biểu thức, ta có thể gặp các trường hợp sau:
( )
lim f x
g x với f x( ) →0,g x( ) →0 hoặc f x( ) → ±∞,g x( ) → ±∞ Ta gọi là dạng vô định 0
0 hoặc
∞
∞.
b) lim f x ( )−g x( ) với f x( ) → +∞,g x( ) → +∞ hoặc f x( ) → −∞,g x( ) → −∞ Ta gọi
là dạng vô định ∞ − ∞
c) lim f x g x ( ) ( ) với f x( ) →0,g x( ) → ±∞ Ta gọi là dạng vô định 0 .∞ (2)
B Phân dạng bài tập và giới hạn hàm số
I Tìm giới hạn của dạng vô định 0
0 Đây là dạng bài tập quan trọng nhất trong hệ thống các bài tập giới hạn hàm số và cũng là dạng bài tập mà học sinh thường gặp, khi giải quyết dạng toán này các em gặp nhiều khó khăn Sau đây, tôi xin đưa ra một số phương pháp thường sử dụng khi gặp các dạng này
I.1 Giới hạn 0
0 mà cả tử số và mẫu số là hàm đa thức
Phương pháp:
0
( ) lim ( )
x x
f x
g x
→ có dạng 0
0 ta thường phân tích
( ) ( ) ( ( 00) ) ( )( )
x
x
A
x x
f x
−
=
− rồi rút gọn.
Khi đó: Tìm ( )
( ) ( )( )
x
A
f x
→ = → ( Ta sử dụng các giới hạn đặc biệt và các định lý giới hạn ).
I.1.1 Các ví dụ
Ví dụ 1 Tìm
2 2 2
4 lim
x
x
→
−
Lời giải
2 2
Ví dụ 2 Tính
2 1
lim
x
→
Lời giải
Ta có
2
=
2 1
lim
x
x
→
I.1.2 Bài tập tương tự
Trang 4Tính giới hạn
1)
3
2
1
lim
1
x
x
→
3 2 2
lim
x
→
5 2 1
lim
1
x
x
→
−
5)
2
2
1
lim
1
x
x
→
2 2 3
lim
9
x
x
→
−
I.2 Giới hạn 0
0 trong đó có chứa hàm vô tỉ.
Tất nhiên nhiệm vụ của chúng ta vẫn là làm sao để khử được nhân tử “gây ra” phép toán vô định này đó là (x – x0) Tuy nhiên, đối với hàm vô tỉ thì không thể phân tích thành nhân tử ngay được mà trước tiên ta phải “trục căn thức” rồi mới phân tích thành nhân tử (x –
x0) và rút gọn như trên được
Ở mục này ta luôn phải sử dụng một số hằng đẳng thức quen thuộc sau:
1) a b a2 b2
a b
−
− =
+
2)
a b
a b
a ab b
−
− =
a b
a b
a − a b− b −
−
− =
4)
a b
a b
a ab b
+ + =
I.2.1 Các hàm chứa một loại căn
Ví dụ 1 Tìm
1
1
x
x x
→
+ −
−
Đặt vấn đề: Ở bài toán trên, ta chưa thể làm xuất hiện nhân tử (x - 1) ở tử số ngay được Vì vậy cần khử căn thức trên tử với căn bậc hai thì sử dụng hằng đẳng thức nào?
Trả lời: Sử dụng 1)
Lời giải
2 2
( )
3
x
x
+ +
Ví dụ 2 Tính giới hạn sau
Trang 53 3 2
2
x
x
→
−
Câu hỏi: Với căn bậc ba thì sử dụng hằng đẳng thức nào?
Trả lời: Sử dụng 2)
Lời giải
Ta có
2
lim2 3 2 3 2 3 2 16.
Ví dụ 3 Tính giới hạn sau
3 1
7 1
1
x
x x
→
+ −
−
Lời giải
Ta có
3
2
=lim1 3 2 13 121
Ví dụ 4 Tính giới hạn sau
4 0
1 1
x
x x
→ + −
Câu hỏi: Với căn bậc bốn thì ta phải dung hằng đẳng thức nào?
Trả lời: Sử dụng 3)
Lời giải
Ta có
4
[ ( 1) + ( 1) ( 1) 1]
Ví dụ 5 Tính giới hạn sau
0
1 1
n x
x x
→ + −
Câu hỏi: Với căn bậc n thì ta phải dung hằng đẳng thức nào?
Trả lời: Sử dụng 3)
Lời giải
Ta có
Trang 61 2
[ ( 1) + ( 1) 1]
n
( 1) + (n 1)n 1
x→ n x − n x − = n
Nhận xét: Trên thực tế, ngoài việc lũy thừa để khử căn, người ta còn có thể sử dụng phương pháp đặt ẩn phụ để giải quyết những bài toán trên
Ví dụ 1 Tính giới hạn sau
L = 3
1
7 1
1
x
x x
→
+ −
−
Lời giải 2 (Lời giải 1 đã có ở ví dụ 3)
Đặt 3 x+ =7 t ⇔ x = t3 - 7
Khi x dần tới 1 thì t dần tới 2
Ví dụ 2 Tính giới hạn sau
0
1 1
n x
x x
→ + −
Lời giải 2
Đặt n x+ =1 t ⇔ x = tn - 1
Khi x dần tới 0 thì t dần tới 1
I.2.1 Các hàm chứa nhiều loại căn
I.2.1.1 Chứa hai loại căn
a) Phương pháp 1 Nếu chứa căn bậc n và căn bậc m, ta có thể nâng lên lũy thừa bậc
[m,n] – bội số chung nhỏ nhất của m và n
0
lim
x
x
→
Câu hỏi: Biểu thức trên chứa những loại căn nào?
Ta nên nâng lên lũy thừa bậc mấy?
Trả lời: bậc 6
Lời giải
Ta có
=
lim
x
→
Trang 72
lim
6
x
x
→
Ví dụ 2 Tìm
3 2 0
lim
x
x
→
Câu hỏi: Biểu thức trên chứa những loại căn nào?
Ta nên nâng lên lũy thừa bậc mấy?
Trả lời: bậc 6
Lời giải
Ta có
(1 2 ) (1 3 )
[ (1 2 ) (1 2 ) (1 2 ) (1 2 ) ]
=
(1 2 ) (1 3 ) lim
[ (1 2 ) (1 2 ) (1 2 ) (1 2 ) ]
x
→
[ (1 2 ) (1 2 ) (1 2 ) (1 2 ) ]
x
x
→
Ví dụ 3 Tính giới hạn
4 0
lim
x
x
→
Câu hỏi: Biểu thức trên chứa những loại căn nào?
Ta nên nâng lên lũy thừa bậc mấy?
Trả lời: bậc 4
Lời giải
Ta có
[ (1 2 ) (1 2 ) (1 ) (1 2 ) (1 ) (1 ) ]
=
2
(1 2 ) (1 ) lim
[ (1 2 ) (1 2 ) (1 ) (1 2 ) (1 ) (1 ) ]
x
→
=
lim
4 [ (1 2 ) (1 2 ) (1 ) (1 2 ) (1 ) (1 ) ]
x
x
→
b) Phương pháp 2 Đặt ẩn phụ
Ta cũng có thể dung phương pháp đặt ẩn phụ để dưa về dạng giới hạn hàm số chỉ chứa một loại căn
Ví dụ 1 Tìm
3 0
lim
x
x
→
Lời giải
Khi x dần tới 0 thì t dần tới 1
Khi đó
Trang 83 3
= lim1 2 1
6
t
t
Ví dụ 3 Tính giới hạn
4 0
lim
x
x
→
Lời giải
Khi x dần tới 0 thì t dần tới 1
0
lim
x
x
→
=
4
c) Phương pháp 3 Phương pháp gọi số hạng vắng
Với hai kĩ thuật trên có thể giải quyết được hầu hết các bài toán giới hạn dạng này Tuy nhiên, học sinh cũng thường gặp rất nhiều khó khăn với phương pháp trên vì biểu thức liên hợp thường khá cồng kềnh, phức tạp Vì vậy, chúng ta còn một lựa chọn thứ ba, đó là phương pháp gọi số hạng vắng !
Đặc biệt, với những bài chứa nhiều hơn hai loại hàm khác nhau thì phương pháp này là lựa chọn tốt nhất !
Thông thường, khi gặp bài toán tính giới hạn hàm số chứa tổng nhiều loại hàm khác nhau, ta thường thêm ‘‘số hạng vắng’’ để tách ra nhiều giới hạn khác nhau Trong mỗi giới hạn đó chỉ chứa một loại hàm Vấn đề ở chỗ là thêm số nào, hằng số hay hàm số
Nếu là thêm hằng số, ta chỉ việc thay giá trị x0 vào biểu thức đầu, được bao nhiêu ta trừ
đi chính số đó
Nếu là thêm hàm số, ta thường phải sử dụng tham số để tính
Ví dụ 1: Tính giới hạn
3 0
lim
x
x
→
Câu hỏi : Thêm số nào ?
Trả lời : Thay x = 0 vào biểu thức 1 x+ được số 1, vậy số cần thêm là số 1
Lời giải
Ta có:
2
Trang 9= 3 3 2
0
lim
x
x
→
0
lim
1
6
Ví dụ 2 Tính giới hạn
3 2 0
lim
x
x
→
Sai lầm thường gặp
= 2 3 2
= lim0 (1 21 2 ) lim0 3 3 3 2
(1 1 3 (1 3 ) )
−
Phần nguyên nhân sai lầm, xin dành cho bạn đọc!
Như vậy, việc thêm hằng số ở đây không đạt được mục đích!
Lời giải
Ta cần thêm hàm số 1 + ax, với a phải là số thỏa mãn (1 + 2x) – (1 + ax)2 có nhân tử x2
Hay (2 – 2a)x – a2x2 phải có nhân tử x2 hay a = 1
Ta có
3 2 0
lim
x
x
→
2 0
lim
x
x
→
0
x
→
= lim(0 1 2 1 1 3 3 3 2) 12
x
x
→
Đặc biệt, với những bài giới hạn chứa tổng nhiều hơn hai loại hàm khác nhau thì sử dụng phương pháp này sẽ đem lại hiệu quả hơn cả!
Ví dụ 3 Tính giới hạn sau
0
lim
x
x
→
Lời giải
Tách
Công việc còn lại xin nhường cho bạn đọc
Ví dụ 4 Tính giới hạn sau
3 0
lim
x
x x x
→
Trang 10Vấn đề ở đây là: làm sao để tách hai căn thức trên ra, đưa về giới hạn quen thuộc?
Lời giải
Ta có
0
x
→
Công việc còn lại, xin nhường cho bạn đọc
I.2.3 Bài tập tương tự
Tính các giới hạn sau
0
lim
x
x
→
1
lim
1
x
x x x
→
−
0
lim
x
x x x
→
0
lim
x
x x x
→
2
lim
2
x
x x x
→
3 4
0
lim
x
x
→
0
lim
x
x x x
→
0
lim
x
x x
→
9) 3
2
lim
2
x
x x
→
2 1
lim
1
x
x x x x
→
−
3
lim
3
x
x
→
3 1
lim
1
x
x x x
→
−
0
lim
x
x x x x
→
1
lim
1
x
x x x
→
−
2
lim
2
x
x x x
→
3 4
1
lim
1
x
x x x x
→
−
3
lim
3
x
x x x
→
lim
5
x
x x
→
− −
−
19) 3
2
lim
2
x
x x
→
+ −
1
lim
1
x
x x x x x
→
−
II Giới hạn tại vô cực
II.1 Tìm giới hạn dạng ∞
∞
Phương pháp: Chia tử số và mẫu số cho xn, với n là số mũ cao nhất có mặt ở mẫu
số hoặc đưa xn ra ngoài
Trang 11Ví dụ 1 Tìm 3 5
lim
2 7
x
x x
→+∞
−
−
Lời giải
5 3
2
x
x
−
Ví dụ 2: Tìm
2 4
lim
x
x x
x x
→−∞
+
Lời giải
4
x x
x x
+
Ví dụ 3: Tìm
3
lim
5
x
x x x
→+∞
− +
Lời giải
3
2
5
x
x
2 lim
5 1
x
x x x
x
→+∞
Ví dụ 4: Tìm
2 2
2 3 lim
x
→−∞
+ + + + − +
Lời giải
Ta có 2 1 22
x x
2
2
1
x
Khi đó
2
3
x
−
Trang 12Thường được biến đổi như trục căn thức, biến đổi quy đồng, đặt ẩn phụ để đưa về 2 dạng quen thuộc I, II ở trên
II.2 Tìm giới hạn dạng ∞ ± ∞ ∞;0 .
Phương pháp 1 Dùng một số phép biến đổi: đưa biến cao nhất ra ngoài, nhân biểu
thức liên hợp để đưa về dạng xác định
Ví dụ 1 Tính giới hạn sau
2
Lời giải
Ta có
2
2
x x
Ví dụ 2 Tính giới hạn sau
2
Lời giải
Ta có
2
2
2
x x x x
x x x
Ví dụ 3 Tìm lim ( 2 3 3 )
Lời giải
Ta có lim ( 2 3 3 )
3
Trang 13=
[(1 ) (1 ) ] lim
x
x
→+∞
=
2
1
lim
6
x
x
→+∞
+
=
Ví dụ 4 Tính giới hạn sau
Lời giải
Ta có
=
8 8
lim
x
x
→+∞
+ + −
lim
3
x
→+∞
Ví dụ 5 Tính giới hạn sau
4
Lời giải
Ta có
x
=
1
lim
x
x x
→+∞
+ −
lim
4
x
Ví dụ 6 Tìm lim ( 4 2 3 3 6 3 )5
Lời giải
Trang 14Ta có
x
x
=
[(1 ) (1 ) ] lim
x
x
→+∞
=
8
lim
2
x
x
→+∞
+
=
Phương pháp 2: Đặt ẩn phụ
Khi x dần tới vô cùng, ta có thể đặt t 1
x
= với t dần tới 0 Đưa về dạng I (Có thể áp
dụng cho hầu hết các bài toán về giới hạn tại vô cực)
Ví dụ 1 Tìm 3 5
lim
2 7
x
x x
→+∞
−
−
Lời giải
Đặt t 1
x
= , t dần tới 0+
3 5
7
x
−
Ví dụ 2 Tìm
2 4
lim
x
x x
x x
→−∞
+
Lời giải
Đặt t 1
x
= , khi x dần tới âm vô cực thì t dần tới 0
4
t t
+
Ví dụ 3 Tính giới hạn sau
2
Trang 15Đặt t 1
x
= , khi x dần tới âm vô cực thì t dần tới 0
-Ta có
2 2
2
t t
x x x
+ − +
−
Ví dụ 4 Tìm lim ( 2 3 3 )
Lời giải
Đặt t 1
x
= , khi x dần tới dương vô cực thì t dần tới 0+
Ta có lim ( 2 3 3 )
=
0
[ (1 ) (1 ) (1 ) (1 ) ]
x t
→
=
lim
x
+
→
=
2
lim
6
x
x
+
→
Ví dụ 5 Tính giới hạn sau
Lời giải
Đặt t 1
x
= , khi x dần tới dương vô cực thì t dần tới 0+
Ta có
0
t
+
[ (1 8 ) (1 8 )(1 8 ) (1 8 )
t
+
→
+ + −
lim
3 (1 8 ) (1 8 )(1 8 ) (1 8 )
+ + + − + −
II.3 Bài tập tương tự
Tính các giới hạn sau:
1) lim1 3
1 2
x
x x
→±∞
−
2
lim
x
x
x x
→±∞
+
Trang 163)
3
lim
1 2
x
x x
x x
→±∞
2 4
1 3 lim
1 2
x
x x
x x
→±∞
− −
5) lim1 3 2 2 3
1 2
x
x x x
→±∞
I.3 Các giới hạn của hàm số lượng giác
Phương pháp: Sử dụng các công thức lượng giác để biến đổ hàm số lượng giác thành dạng có thể sử dụng giới hạn:
x 0
sin x lim x
→ = 1 và các định lí cơ bản về giới hạn
I.3.1 Các ví dụ
Ví dụ 1: Tìm 2
x 0
1 cos x lim
x
→
−
Lời giải
Ta có 2
x 0
1 cos x
lim
x
→
−
=
2 2
x 0
x 2sin 2 lim
x
→
= 1 2
2
x 0
x sin 2 lim
x 2
→
= 1 2
Do x 0
x
sin
2
lim
x
2
Ví dụ 2: Tìm
x 3
sin 3x lim
1 2cos x
π
Đặt x =
3
π −t Khi x
3
π
→ ta có t→0 Khi đó
Trang 17x 0
t
t 2
→
−
⇒ =
π
−
= − 3.
I.3.2 Bài tập
Tính các giới hạn sau :
1)
x 0
lim
sin sin 3x x
→
2
cosx lim x 2
π
x 0
t anx sinx lim
x
→
−
x 0
lim
tan x
→
x 4
1 t anx lim
1 cot x
π
→
−
−
x 0
1 cos6x lim
x
→
−
9) x 4
sinx cosx lim
1 tan x
π
→
−
5)
x 0
1 cos3x lim
1 cos5x
→
−
lim
x
→