简介:这是一份面向高等数学与微积分初学者的函数极限与连续专题练习PDF,适合在学完极限运算、无穷小比较和连续性判定后做阶段自测,也便于教师随堂检测。内容围绕极限存在性、连续与间断、同阶高阶等价无穷小等核心考点编排,包含选择题与填空类训练,涉及左右极限、数列极限、间断点分类及渐近线判断,可帮助读者检验概念理解与运算熟练度。压缩包共1个PDF文件,大小约8.54MB,打开即可练习,无需额外配置环境。目前已有242人学习,适合用于章节复习、错题定位和考前查漏补缺;通过逐题演算,读者能集中梳理极限存在性判断、无穷小阶的比较以及连续性分析的常见思路。
1. 函数极限与连续:丢分不在难题,在二十个“一眼判型”上
函数极限与连续这一块,考场上最容易翻车的不是最后那道证明题,而是开头那二十道选择题。一份典型的函数极限与连续练习题,编排逻辑往往很直白:选择题打头,填空跟上,解答题压轴,三块反复考的是同一批判据——极限存在性、无穷小阶的比较、间断点分类。分值结构也不绕:单选错一道,整道题的分全没,而它考的花样翻来覆去就那么几样。想拿分靠的不是刷多少新题,是把“判型”练成条件反射:看到 1 的无穷次幂型立刻取对数,看到 f(g(x)) 立刻查内外两层阶数,看到分段点立刻算左右极限。这份练习册适合已经学过一遍、但一做选择就犹豫的考生,也适合拿它当限时模拟卷的人。
2. 极限存在性:四条判据和三类必须动笔的推理题
2.1 四个判据对号入座,先判型再动笔
极限存在性这一类题,难的不是计算,是“该用哪把钥匙”。考场上能用的判据其实只有四条,看到题面特征就该条件反射地选:
| 题面特征 | 首选判据 | 落笔第一句 |
|---|---|---|
| 有明确上下界,形如 x_n ≤ a ≤ y_n | 夹逼定理 | 先写 0 ≤ a − x_n ≤ y_n − x_n |
| 递推式 x_{n+1} = f(x_n),要证收敛 | 单调有界 | 先证单调,再证有界,最后解方程 |
| 分段函数、绝对值、含 e^{1/x} | 左右极限 | 分别写 x→a⁻ 与 x→a⁺ |
| 已知某个组合的极限存在 | 反面假设 | 假设目标极限存在,推出矛盾 |
面试官或者阅卷老师最想看到的,是你先写判据名,再写推导。很多人一上来就硬算,算到一半发现方向错了,时间全耗进去——这类题的血泪经验就是:判型花 20 秒,比硬算花 5 分钟划算。
2.2 选择题第 1、2 题:反面假设与三边夹逼
第 1 题是这类卷子里的经典陷阱:已知 lim(f(x)+g(x)) 存在,lim(f(x)−g(x)) 不存在,问四个选项哪个正确。
正确做法是反面假设。假设 lim f(x) 存在,那么 lim g(x) = lim[(f+g) − f] 也存在,于是 lim(f−g) 也存在,与已知矛盾。所以 lim f(x) 一定不存在,选 D。
这里有个细节值得多说一句:按同样的推理,lim g(x) 也一定不存在。所以选项 B 说的“g(x) 不一定存在”同样站不住——它不是“不一定”,是“一定不”。这就是为什么这道题只有一个正确项。很多人在这里翻车,是因为把“不一定存在”读成了“可能不存在也可能存在”,语义一松动,判断就偏了。
选项 C 的错法更典型:凭直觉认为“存在减不存在必不存在”。反例很好构造,取 f(x)=sin(1/x)、g(x)=−sin(1/x),两者之和恒为 0,极限存在;两者之差是 2sin(1/x),极限不存在;但 (f−g)² = 4sin²(1/x) 的极限存在。所以“必不存在”这种绝对化表述,在选择题里几乎都是错的。
第 2 题结构类似,但换成了夹逼:x_n ≤ a ≤ y_n,且 lim(y_n − x_n) = 0,问两个数列的收敛性。做法是把“a 在中间”翻译成不等式:0 ≤ a − x_n ≤ y_n − x_n → 0,由夹逼定理得 x_n → a;同理 y_n → a。答案 A。
这类题的关键动作只有一个:把题面给的“位置关系”改写成“差的绝对值”,再用夹逼。填空题里凡是出现三边不等式的,都是同一个套路。
2.3 选择题第 19 题:唯一间断点相加,反证法一步到位
第 19 题问的是:f(x) 的唯一间断点是 x_1,g(x) 的唯一间断点是 x_2,那么 f+g 和 f·g 的间断点怎么分布。正确答案是:当 x_1 ≠ x_2 时,f+g 必有两个间断点 x_1 与 x_2。
推理只有一行:假设 F = f+g 在 x_1 处连续。因为 x_1 ≠ x_2,g 在 x_1 处是连续的,所以 f = F − g 在 x_1 处连续,与已知矛盾。于是 x_1 必是 F 的间断点;x_2 同理。
这道题暴露的是很多人的思维盲区:他们习惯去“构造”一个函数看结果,而不会“反设连续推矛盾”。选择题给的时间短,构造法根本来不及,反证法反而一步到位。
顺带提醒,选项里那些“必有唯一间断点”的表述要格外小心。两个函数相加,间断点可能被“抵消”掉——比如 f 和 g 互为相反的分段函数,和恒为 0,一个间断点都没有。所以只要选项里出现“唯一”二字,先怀疑。
2.4 选择题第 10 题:待定常数的除法优先原则
第 10 题是标准的待定常数题:已知 lim[x²/(x+1) − ax − b] = 0,求 a、b。
做这类题的第一反应应该是“先除后看”,而不是通分硬算。把 x²/(x+1) 做多项式除法,写成 x − 1 + 1/(x+1)。于是原式变成 lim[(1−a)x − (1+b) + 1/(x+1)] = 0。当 x→∞ 时,1/(x+1) → 0,要整个式子趋于 0,一次项系数和常数项必须同时为零:1−a = 0,1+b = 0,得 a = 1,b = −1。
推广一步,凡是“有理分式减去一次式、极限为零”的结构,都是这个动作:把分式拆成“多项式 + 真分式”,再让多项式的系数逐项对齐。如果拆完发现分母次数高于一次,那就说明 a、b 之外还有更高次项要配,方程组多一个未知数而已。
失败时看什么?如果拆完余项不趋于零,说明参数设少了;如果一次项消不掉,说明前面的除法算错了。这两个信号比分选项试错快得多。
2.5 填空题第 1、2、3 题:和式极限的三个模板
填空题前几道几乎都在考“n 项和的极限”,但模板只有三个。
第一个模板是乘积取对数。第 1 题求 lim (n!)^{1/n} / n。阶乘是乘积,先取对数变成和:(1/n)·Σ ln(k/n),这正是定积分定义,极限为 ∫₀¹ ln x dx = −1,还原得 1/e。
第二个模板是幂和提最大项。第 2 题求 lim (a₁ⁿ + a₂ⁿ + … + a_rⁿ)^{1/n},a_k > 0。做法是提出最大项 a = max{a_k},剩下部分被夹在 a 与 a·r^{1/n} 之间,而 r^{1/n} → 1,所以整体趋于 a。答案就是这个最大值,不需要算具体的和。
第三个模板是分母同阶夹逼。第 3 题求 lim n·[1/(n²+1) + 1/(n²+2) + … + 1/(n²+n)]。每一项都被 1/(n²+n) 和 1/(n²+1) 夹住,乘上 n 之后,两端分别是 n²/(n²+n) 和 n²/(n²+1),两者都 → 1,所以原式 = 1。
三个模板对应三种“形”:乘积型、幂和型、分式和型。做题时先看分子有没有 n 个因子连乘,再决定取不取对数——这是判断方向最快的入口。
3. 无穷小阶的比较:一张等价表和一次泰勒展开定胜负
3.1 九组等价无穷小,以及什么时候不能替换
x→0 时的等价无穷小必须背到条件反射,这九组覆盖了这份卷子八成以上的题:
| 等价式 | 记忆要点 |
|---|---|
| sin x ~ tan x ~ arcsin x ~ arctan x ~ x | 一阶,系数为 1 |
| e^x − 1 ~ ln(1+x) ~ x | 一阶,系数为 1 |
| (1+x)^α − 1 ~ αx | 一阶,系数看指数 |
| 1 − cos x ~ x²/2 | 二阶,系数 1/2 |
| 1 − cos^α x ~ αx²/2 | 二阶,系数带 α |
| x − sin x ~ x³/6 | 三阶,易被当成 0 |
| tan x − x ~ x³/3 | 三阶,易被当成 0 |
| x − ln(1+x) ~ x²/2 | 二阶 |
| √(1+x) − 1 ~ x/2 | 一阶,系数 1/2 |
表要背,但更要知道它什么时候失效。等价替换在乘除里是无条件安全的,在加减里就会丢阶——因为两个等价的量相减,一阶项抵消了,剩下的部分恰恰是你替换时丢掉的那部分。这份卷子第 6、7 题和填空题里那些“两个三角函数的差”全都在考这个。
判断能不能替换的标准很硬:替换之后,被替换的那部分是不是整个式子的“主导项”。如果是加减结构,先把加减合并成乘积,或者直接上泰勒展开,展到第一项不抵消为止。
3.2 选择题第 4、5、7 题:同阶、等价、高阶的判定三问
第 4 题给的条件是 f(x)、g(x) 都与 x 同阶,问复合之后 f(g(x)) 与 x 的关系。正确答案是“必是 x 的同阶无穷小”。
判定只需要三问:第一问,阶数是多少?同阶意味着 lim f(x)/x = a ≠ 0,lim g(x)/x = b ≠ 0。第二问,复合之后怎么拆?把 f(g(x))/x 拆成 [f(g(x))/g(x)]·[g(x)/x],前一个因子趋于 a,后一个趋于 b,乘积趋于 ab ≠ 0。第三问,结论是什么?极限为非零常数,所以是同阶。
两个干扰项都是靠反例排除的。选项 A 说 f−g 必是同阶,反例取 f = x + x²、g = x,差是 x²,比 x 高阶。选项 B 说 f−g 必是高阶,反例取 f = 2x、g = x,差还是 x 的同阶。至于 D 说复合必是高阶,直接和 ab ≠ 0 矛盾。
第 5 题考的是“x→0⁺ 时哪个无穷小与 x 等价”,四个选项逐个算比值就行。e^{1/x} − 1 在 x→0⁺ 时趋于无穷,直接排除;√(1+x) − 1 ~ x/2,比值是 1/2,不等价;1 − cos x ~ x²/2,阶数都不对;−ln(1−x) 的比值极限为 1,是唯一等价的。这道题看着简单,但它是后面所有阶数比较题的基准,错在这里,后面全跟着错。
第 7 题是 f(x) 与 g(x) 的比较,答案是“同阶非等价”。做法固定三步:把 f 等价替换到第一个非零幂次,这里 ln(1+sin⁴x) ~ sin⁴x ~ x⁴;把 g 展开到第一个非零幂次;两者一比,阶数相同但系数比不是 1,就是同阶非等价。如果系数比恰为 1,才是等价;阶数不同,再分高阶低阶。
3.3 选择题第 6 题:三个未知数靠三阶展开定
第 6 题的形式是“某个含参表达式是比 x³ 高阶的无穷小,求 A、B、C”,答案是 A = 1/2、B = −1/3、C = 1/6 这一组。
这类题的方法只有一条:把式子里每个函数都展开到 x³,然后令 x⁰、x¹、x²、x³ 各次项的系数全为零,得到一组三元一次方程,解出来就是答案。
几个必须记住的展开:e^x = 1 + x + x²/2 + x³/6 + o(x³);√(1+u) = 1 + u/2 − u²/8 + o(u²),注意这里的 u 本身是一次多项式,代进去之后 u² 会产生 x² 及更高次项;1/(1+u) = 1 − u + u² + o(u²)。
第三个未知数 A 通常出现在一次项上,所以最简单的方程往往是“一次项系数为零”,先解出 A 再去解 B、C,比三个方程联立快。
这一步的成败全在“展到第几阶”。题面说目标无穷小是比 x³ 高阶,就必须展开到 x³,少一阶方程不够,多一阶浪费时间。如果展开后发现有低次项消不掉,大概率是某个展开系数记错了,回头查表比重新推一遍快。
3.4 选择题第 8 题:两个“高阶”条件夹出一个整数
第 8 题是这份卷子里设计得最好的一道:两个“A 是比 B 高阶的无穷小”的条件,反向夹出一个正整数 n。答案是 n = 1。
先把已知的极限翻译成阶:lim f(x)/x² = −1,意思是 f(x) ~ −x²,于是 xⁿ·f(x) 的阶是 x^{n+2}。
再翻译两个条件。条件一:ln²(cos x) 是比 xⁿ·f(x) 高阶的无穷小。ln cos x ~ −x²/2,所以 ln²(cos x) 的阶是 x⁴。高阶意味着指数更大:4 > n+2,得 n < 2。条件二:xⁿ·f(x) 是比 e^{x²} − 1 高阶的无穷小,而 e^{x²} − 1 ~ x²,所以 n+2 > 2,得 n > 0。
两个不等式合起来 0 < n < 2,n 是正整数,只有 n = 1。
这道题的答题模板值得单独记:把每个“高阶/低阶”关系翻译成指数之间的不等式,最后取整数解。凡是看到“是比……高阶的无穷小”这种表述,不要试图算出具体函数,算不出来的,也不需要。
4. 连续与间断点:分段点上的三步判定和一张分类表
4.1 连续的三要素与间断点四分类
判断一个分段函数在分界点是否连续,只看三件事:函数在该点有没有定义、左右极限是否存在、三者是否相等。三个条件缺一,就是间断。
间断点的分类则看左右极限的“形态”,这张表必须背熟:
| 类型 | 左右极限特征 | 常见来源 |
|---|---|---|
| 可去间断点 | 两侧极限存在且相等,但不等于函数值或无定义 | 0/0 型约分后消掉因子 |
| 跳跃间断点 | 两侧极限都存在,但不相等 | 分段函数、绝对值、取整 |
| 无穷间断点 | 至少一侧趋于无穷 | 分母零点、e^{1/x} 在 0 处 |
| 振荡间断点 | 至少一侧无极限且不趋于无穷 | sin(1/x) 在 0 处 |
考试里第一类间断点指可去和跳跃,第二类指无穷和振荡。选择题经常把“第一类”“第二类”和具体形态交叉着放在四个选项里,读题时先圈出“第一类/第二类”,再看具体是哪一种,两遍确认能挡住大部分低级错误。
4.2 选择题第 15 题:绝对值把连续性变成单向条件
第 15 题问的是“|f(x)| 在点 a 连续”是“f(x) 在点 a 连续”的什么条件,答案是必要非充分。
充分性方向不成立,反例一句话就够:f(x) = 1(x ≥ a),f(x) = −1(x < a),|f(x)| 恒等于 1 处处连续,但 f 在 a 处是跳跃间断。
必要性方向成立,靠的是不等式 ||f(x)| − |f(a)|| ≤ |f(x) − f(a)|。f 连续,右边趋于零,左边也趋于零。
这类“条件关系”题有一个通用判断流程:先证必要,找一个不等式;再破充分,找一个反例。两边都落地的选项才是答案。只证一边就选,是这类题的典型失分点。
4.3 选择题第 17 题:n 次幂极限先化成显式分段
第 17 题给的是形如 lim_{n→∞} sin(πx)/(1 + (2x)^{2n}) 的表达式,问间断点个数。正确答案是 2 个。
这类“含 n 的极限”必须先算成一个不含 n 的分段函数,再找间断点。判断依据是底数 |2x| 与 1 的大小关系:|2x| < 1 时 (2x)^{2n} → 0,函数值趋于 sin(πx);|2x| > 1 时 (2x)^{2n} → ∞,函数值趋于 0;|2x| = 1 时分母恒为 2,函数值等于 ±1/2。
所以分界点 x = ±1/2 就是可疑点。再算这两点的左右极限,一侧趋于 sin(±π/2) = ±1,另一侧趋于 0,两侧不等,是跳跃间断点,共两个。
答题时最容易出问题的地方,是把分界点当成连续点直接跳过。记住:|2x| = 1 的三个点(这里是两个)一定要单独算,不能并入任何一段。
4.4 选择题第 11、13 题:变上限积分的两个动作
第 11 题的 F(x) 形如“从 a 到 x² 的积分除以 (x − a)”,求 x→a 的极限。答案里有 2a·f(a)。
两个动作。第一,验证是不是 0/0:x→a 时上限趋于 a²,积分趋于零,分母也趋于零,确认可用洛必达。第二,求导:上限是 x²,所以 d/dx ∫_a^{x²} f(t)dt = f(x²)·2x,那个链式因子 2x 是最常见的漏项。分母求导是 1,于是极限为 2a·f(a)。
第 13 题形如 g(x) = [∫_0^{x²} f(xt)dt]/x²,问 x = 0 是什么点。这里要先换元把被积函数里的 x 挪出去:令 u = xt,t 从 0 到 x² 时 u 从 0 到 x³,dt = du/x,于是分子变成 (1/x)∫_0^{x³} f(u)du,整体 g(x) = [∫_0^{x³} f(u)du]/x³。
再用一次洛必达,极限为 f(0)。而原式在 x = 0 处无定义,极限存在却不等于函数值,所以是可去间断点。
这两个题合起来说明一件事:变上限积分的题,永远先看上限是不是 x,不是就先想链式或者换元,再动洛必达。
4.5 选择题第 20 题:渐近线的三条检查线
求曲线渐近线条数,按三条线查,查完计数即可。
水平渐近线:算 x→+∞ 和 x→−∞ 时 y 的极限,若为有限常数,有一条。垂直渐近线:找使 y→∞ 的 x 值,通常是分母零点、对数零点、e 的无穷次幂点。斜渐近线:算 y/x 在 x→∞ 时的极限,若为有限非零常数 k,再算 y − kx 的极限,为有限常数 b 才有一条。
第 20 题的曲线含 arctan 和有理分式,x→−∞ 时极限为 0,得水平线 y = 0;x→0⁺ 时趋于无穷,得垂直线 x = 0;x→+∞ 时 y/x 趋于无穷,说明没有斜渐近线。总共 2 条,答案 B。
垂直渐近线的判定有个坑:分母为零的点不一定都是垂直渐近线,还要看分子是否同时为零。先化简再判断,能省掉一半无效检查。
5. 失分点:五个让选择题连错的坑
5.1 坑一:把“存在加不存在”直接判成“必不存在”
错在哪:看到“一个存在、一个不存在”,立刻用四则运算下结论,选了“组合必不存在”的选项。
为什么错:极限的四则运算法则是有前提的——参与运算的两个极限都存在,和、差、积的极限才必然存在。当其中一个不存在时,组合的极限是“待定”的,可能不存在,也可能因为两项互相抵消而存在。前面的反例 f = sin(1/x)、g = −sin(1/x) 就是靠抵消让和存在的情况。
怎么答对:题面给出“某个组合存在、另一个组合不存在”时,用反面假设做一次推导,再用一个反例排掉绝对化选项。两步都做,答案自然只剩一个。
5.2 坑二:加减法里直接等价替换
错在哪:求 lim(tan x − sin x)/x³ 时,把 tan x 和 sin x 都替换成 x,分子变成 0,得出极限为 0。
为什么错:两个等价的量相减,一阶项互相抵消,剩下的正是替换时被丢掉的高阶项。这道题的真值是 1/2,来自 tan x − sin x = tan x(1 − cos x) ~ x·(x²/2)。
怎么答对:加减结构先合并成乘积,提公因式是最快的手段;提不出来就上泰勒,展到第一项不抵消为止。这条规则在卷子里第 6、7 题和填空题里的三角差题上反复出现,一次记牢能省很多时间。
5.3 坑三:1 的无穷次幂型只看指数不看底数
错在哪:看到 (1+x)^{1/x} 就写 e,看到 (1+1/x)^x 也写 e,两个混着用,结果 x→0 和 x→∞ 的题串了。
为什么错:1 的无穷次幂型能不能直接用 e,取决于底数和指数是不是“配套”的。标准形式是 (1+u)^v,当 u→0、v→∞ 且 uv 有极限 L 时,原式的极限才是 e^L。底数趋向 1 的速度和指数趋向无穷的速度必须匹配,只盯着指数看必然串。
怎么答对:一律写成 exp(v·ln(1+u)),再用 ln(1+u) ~ u 化简成 exp(uv)。这个写法适用于所有 1 的无穷次幂型题,包括填空题里那些带 tan、带 sin 的变体。
5.4 坑四:找间断点不看定义域
错在哪:对着表达式扫一遍分母,把所有分母零点都列为间断点。
为什么错:间断点必须先是“定义域内或定义域边界上的点”。像 e^{1/x}、arcsin、对数这类因子自带定义域限制,函数在定义域之外根本无定义,谈不上间断。反过来,定义域的端点如果函数单侧有定义,反而是要注意的间断点。
怎么答对:先把定义域写出来,再在定义域内找“无定义点”和“分段点”,逐个算左右极限。卷子里分段函数加 e 的指数这一类题,几乎每道都埋着这个坑,先写定义域是最省事的自保动作。
5.5 坑五:变上限积分求导漏掉链式因子
错在哪:对 ∫_a^{x²} f(t)dt 求导写成 f(x²),忘了上限的平方。
为什么错:变上限求导的完整形式是 f(φ(x))·φ'(x),上限只要不是 x 本身,就一定有链式因子。漏掉之后,整道题的系数全错,而且这种错很隐蔽——形式上看着像对的。
怎么答对:动笔之前先问一句“上限是不是 x”,不是就先写 φ'(x)。如果是换元之后的题,还要检查上下限有没有跟着变,以及被积函数里原来的 x 有没有被彻底换成新的变量。
6. 解答题收尾:判型表、两步变形和一个书写习惯
解答题的时间永远不够,所以判型要快、变形要准、收尾要短。下面这张表是我自己做完这几类题之后总结出来的,考前扫一眼就能回忆起来:
| 题型特征 | 第一步 | 关键动作 | 收尾 |
|---|---|---|---|
| 1 的无穷次幂型 | 写成 exp(v·ln(1+u)) | 用 ln(1+u) ~ u 压成 exp(uv) | 直接写 e^L |
| 0/0 且含根式 | 有理化 | 消掉公共因子 | 代值 |
| 含 arctan、tan、sin 的差 | 泰勒展开 | 展到第一项不抵消 | 系数比 |
| n 项分式求和 | 夹逼 | 分子分母同阶,两端同极限 | 写同一个数 |
| 递推数列求和 | 先证收敛 | 用递推关系把通项拆成相邻项之差 | 求和后只剩首末 |
| 证明存在性 | 零点定理或介值定理 | 构造辅助函数,验证端点异号 | 写“由定理得” |
两个变形动作值得单独强调。一个是“相邻项作差”:递推数列的求和题,答案永远藏在递推式里——把 1/(1+x_n) 用递推关系改写成 x_{n+1} − x_n 或者类似形式,求和之后整串抵消,只剩首末两项。另一个是“取对数”:凡是幂指结构,先取对数再取极限,这一步能同时解决底数不定和指数不定两个麻烦。
书写习惯这块,说个我自己的教训。以前做解答题,总习惯先算完再想怎么写步骤,结果中间一个等价替换没标注,整道题的分被判掉一半。从那以后我每次写这类题都强制走一遍三行结构:第一行写判据或方法名(“由夹逼定理”“用洛必达法则”),第二行写关键变形,第三行写结论。哪怕时间再紧,第一行也不省——阅卷的人看到方法名,才知道你在干什么,后面哪怕算错,过程分也能保住一部分。希望帮到你。
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