Các bài toán về giới hạn hàm số 1. Lý thuyết
a) Giới hạn của hàm số tại một điểm:
* Giới hạn hữu hạn: Cho khoảng K chứa điểm x0 . Ta nói rằng hàm số f(x) xác định trên K (có thể trừ điểm x0) có giới hạn là L khi x dần tới x0 nếu với dãy số (xn) bất kì,
n
0x K \ x vàxn x0, ta có:f (x )n L. Kí hiệu:
x
lim f (x)
x0L
hayf (x) L
khixx0.Nhận xét: Nếu f(x) là hàm số sơ cấp xác định tại x0 thì
0 xlim f xx0 f x .
* Giới hạn ra vô cực:
Hàm số y = f(x) có giới hạn dần tới dương vô cực khi x dần tới x0 nếu với mọi dãy số
n n 0
(x ) : x x thìf (x )n . Kí hiệu:
xlim f (x)x0
.
Hàm số y = f(x) có giới hạn dần tới âm vô cực khi x dần tới x0 nếu với mọi dãy số
n n 0
(x ) : x x thìf (x )n . Kí hiệu:
xlim f (x)x0
.
b) Giới hạn của hàm số tại vô cực
* Giới hạn ra hữu hạn:
- Ta nói hàm số y = f(x) xác định trên
(a; )
có giới hạn là L khi x nếu với mọi dãy số (x ) : xn n a và xn thì f (x )n L.Kí hiệu:
x
lim f (x) L
.- Ta nói hàm số y = f(x) xác định trên
( ;b)
có giới hạn là L khi x nếu với mọi dãy số (x ) : xn n b và xn thìf (x )n L.Kí hiệu:
x
lim f (x) L
.* Giới hạn ra vô cực:
- Ta nói hàm số y = f(x) xác định trên
(a; )
có giới hạn dần tới dương vô cùng (hoặc âm vô cùng) khi x nếu với mọi dãy số (x ) : xn n a và xn thìf (x )n (hoặc f (x )n ).
Kí hiệu:
x
lim f (x)
(hoặcx
lim f (x)
).- Ta nói hàm số y = f(x) xác định trên
( ;b)
có giới hạn là dần tới dương vô cùng (hoặc âm vô cùng) khi x nếu với mọi dãy số (x ) : xn n b và xn thìf (x )n . (hoặc f (x )n ).
Kí hiệu:
x
lim f (x)
(hoặcx
lim f (x)
).c) Các giới hạn đặc biệt:
xlim xx0 x0
;
xlim cx0 c
x
lim c c
;x
lim c 0
x
với c là hằng sốk xlim x
với k nguyên dương;
k xlim x
với k lẻ, k
xlim x
với k chẵn
x x0 x x0
lim f (x) ( ) lim k 0 (k 0) f (x)
d) Một vài định lý về giới hạn hữu hạn
* Nếu
x x0 x x0
lim f (x) L, lim g(x) M
thì:
xlim f (x)x0 g(x) L M
xlim f (x).g(x)x0 L.M
; nếu c là một hằng số thì x
lim cf (x)x0 cL
x x0
f (x) L
lim (M 0)
g(x) M
*
xlim f (x)x0 L
* 3 3
xlim f (x)x0 L
* Nếu
x x0
f (x) 0, lim f (x) L
thì
xlim f (x)x0 L
Chú ý:
- Các định lý về giới hạn hữu hạn của hàm số vẫn đúng khi thay xx0 bởi x hoặc x .
- Định lí trên ta chỉ áp dụng cho những hàm số có giới hạn là hữu hạn. Ta không áp dụng cho các giới hạn dần về vô cực.
* Nguyên lí kẹp
Cho ba hàm số f(x), g(x), h(x) xác định trên K chứa điểm x0 (có thể các hàm đó không xác định tại x0). Nếu
x x0 x x0
g(x) f (x) h(x) x K lim g(x) lim h(x) L
thìxlim f (x)x0 L
.
e) Quy tắc về giới hạn vô cực
Quy tắc tìm giới hạn của tích f(x)g(x)
xlim f (x)x0 L
xlim g(x)x0
xlim f (x)g xx0
L > 0
L < 0
Quy tắc tìm giới hạn của thương
f (x) g(x)
xlim f (x)x0 L
xlim g(x)x0
Dấu của g(x)
x x0
f (x) lim
g(x)
L
Tùy ý 0
L > 0 0 +
0 -
L < 0 0 +
0 -
f) Giới hạn một bên
* Giới hạn hữu hạn
- Định nghĩa 1: Giả sử hàm số f xác định trên khoảng
x ;b , x0
0
. Ta nói rằng hàm số f có giới hạn bên phải là số thực L khi dần đến x0 (hoặc tại điểm x0) nếu với mọi dãy số bất kì (xn) những số thuộc khoảng (x0; b) mà lim xn = x0 ta đều có lim f(xn)= L.
Khi đó ta viết:
x x0
lim f x L
hoặc f x
L khi xx0.- Định nghĩa 2: Giả sử hàm số f xác định trên khoảng
a; x , x0
0
. Ta nói rằng hàm số có giới hạn bên trái là số thực L khi x dần đến x0 (hoặc tại điểm x0) nếu với mọi dãy bất kì (xn) những số thuộc khoảng (a; x0) mà lim xn = x0 ta đều có lim f(xn) = L.Khi đó ta viết:
x x0
lim f x L
hoặc f x
L khi xx0. - Nhận xét:
x x0 x x0 x x0
lim f x L lim f x lim f x L
.
Các định lí về giới hạn của hàm số vẫn đúng khi thay xx0 bởi xx0 hoặc xx0 .
* Giới hạn vô cực
- Các định nghĩa
x x0
lim f x
,
x x0
lim f x
,
x x0
lim f x
và
x x0
lim f x
được phát biểu tương tự như định nghĩa 1 và định nghĩa 2.
- Nhận xét: Các định lí về giới hạn của hàm số vẫn đúng nếu thay L bởi hoặc
2. Các dạng bài tập
Dạng 1: Giới hạn tại một điểm Phương pháp giải:
- Nếu f(x) là hàm số sơ cấp xác định tại x0 thì
0 xlim f xx0 f x
- Áp dụng quy tắc về giới hạn tới vô cực:
xlim f (x)x0 L
xlim g(x)x0
Dấu của g(x)
x x0
f (x) lim
g(x)
L Tùy ý 0
L > 0 0 +
0 -
L < 0 0 +
0 -
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Tính các giới hạn sau:
a)
x 1
lim x 3
b) lim xx2
2 3x5
c)
x 3
x 2 lim
x 1
Lời giải
a)
x 1
lim x 3 1 3 4
b) lim xx2
2 3x 5
22 3.2 5 7c)
x 3
x 2 3 2 5 lim
x 1 3 1 2
Ví dụ 2: Tính các giới hạn sau:
a) x 1
2lim 2x 1
x 1
b)
3 2
x 1 3
x x lim
x 1
Lời giải
a) Vì
x
2 x 1
2
lim 2x 11 1 0 lim(x 1) 0
x 1 x – 1 0
nên
2x 1
lim 2x 1
x 1
.b)
3 2 2 2
3 3 2
x 1 x 1 x 1
x x 1
x x x
lim lim lim
x 1 x 1 x 1
Vì
2
x 1
2
x 1
2
lim x 1 0 lim x 1 0
x 1 0, x 1
Dạng 2: Giới hạn tại vô cực Phương pháp giải:
- Rút lũy thừa có số mũ lớn nhất
- Áp dụng quy tắc giới hạn tới vô cực
xlim f (x)x0 L
xlim g(x)x0
xlim f (x)g xx0
L > 0
L < 0
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Tính các giới hạn sau:
a) 5 2
xlim (7x 5x x 7)
b) xlim 4x
53x3 x 1
Lời giải
a) 5 2 5 3 4 5
x x
5 1 7
lim (7x 5x x 7) lim x 7
x x x
Vì
5 x
3 4 5
x
lim x
5 1 7
lim 7 7 0
x x x
b) x
5 3
x 5 2 4 53 1 1
lim 4x 3x x 1 lim x 4
x x x
Vì
5 x
2 4 5
x
lim x
3 1 1
lim 4 4 0
x x x
Ví dụ 2: Tính các giới hạn sau:
a) 6
xlim x 5x 1
b) x
lim 2x
21 x
Lời giải
a) 6 3 5 6 3 5 6
x x x
5 1 5 1
lim x 5x 1 lim x 1 lim x 1
x x x x
Vì
3 x
5 6
x
lim x
5 1
lim 1 1 0
x x
b) x
2
x 2 x 21 1
lim 2x 1 x lim x 2 x lim x 2 1
x x
Vì
x
x 2
lim x
lim 2 1 1 1 2 0
x
Dạng 3: Sử dụng nguyên lý kẹp Nguyên lí kẹp
Cho ba hàm số f(x), g(x), h(x) xác định trên K chứa điểm x0 (có thể các hàm đó không xác định tại x0). Nếu
x x0 x x0
g(x) f (x) h(x) x K lim g(x) lim h(x) L
thìxlim f (x)x0 L
.
Phương pháp giải:
Xét tính bị chặn của hàm số f(x) bởi hai hàm số g(x) và h(x) sao cho
x x0 x x0
lim g(x) lim h(x) L
Chú ý tính bị chặn của hàm số lượng giác:
1 sin x 1
1 cos x 1
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Tính giới hạn của hàm số:
a) 2
x 0
lim x cos 2
nx
b)x
cos5x lim
2x
Lời giải
a) Ta có:
2
22
20 cos 1 0 x cos x
nx nx
Mà 2
x 0
lim x 0
nên 2
x 0
lim x cos 2 0
nx
b) Ta có: cos5x 1
0 cos5x 1 0 , x 0
2x 2x
Mà
x
lim 1 0
2x
nênx
cos5x
lim 0
2x
Ví dụ 2: Tính giới hạn của hàm số: xlim 2sin x
cos x3
x 1 x
Lời giải
3
L
xlim 2sin x cos x x 1 x
3
3x x
x 1 x 2sin x cos x
lim 2sin x cos x lim
x 1 x x 1 x
Ta có:
2sin x cos x
33
0 x 1 x x 1 x
Mà
x
lim 3 0
x 1 x
nên
3 x
2sin x cos x
L lim 0
x 1 x
. Dạng 4: Giới hạn dạng vô định0
0
Nhận biết dạng vô định0
0
: Tính x x0f (x)
lim
g(x)
trong đó f(x0) = g(x0) = 0.Phương pháp giải:
Để khử dạng vô định này ta phân tích f(x) và g(x) sao cho xuất hiện nhân tử chung là (x – x0)
Định lí: Nếu đa thức f(x) có nghiệm x = x0 thì ta có: f(x) = (x – x0)f1(x).
* Nếu f(x) và g(x) là các đa thức thì ta phân tích f(x) = (x – x0)f1(x) và g(x) = (x – x0)g1(x).
Khi đó 1
x x0 x x0 1
f (x) f (x)
lim lim
g(x) g (x)
, nếu giới hạn này có dạng0
0
thì ta tiếp tục quá trình như trên.Chú ý: Nếu tam thức bậc hai ax2 + bx + c có hai nghiệm x1 ; x2 thì ta luôn có sự phân tích: ax2 + bx + c = a(x – x1) (x – x2)
* Nếu f(x) và g(x) là các hàm chứa căn thức thì ta nhân lượng liên hợp để chuyển về các đa thức, rồi phân tích các đa thức như trên.
Các lượng liên hợp:
a b
a b
a b
3a
3b 3 a2 3 ab 3 b2 a b
na
nb n an 1 n an 2 b ... n bn 1 a b
* Nếu f(x) và g(x) là các hàm chứa căn thức không đồng bậc ta sử dụng phương pháp tách, chẳng hạn:
Nếu n
u(x), v(x)
m c
thì ta phân tích:n
u(x)
mv(x) ( u(x)
n c) ( v(x)
m c)
. Ví dụ minh họa:Ví dụ 1: Tính các giới hạn sau:
a)
3 2
x 1 2
x 3x 2 lim
x 4x 3
b)2 x 2 3
2x 5x 2 lim
x 8
Lời giải a)
3 2 2 2
x 1 2 x 1 x 1
x 3x 2 (x 1)(x 2x 2) x 2x 2 3
lim lim lim
x 4x 3 (x 1)(x 3) x 3 2
b)
2
3 2 2
x 2 x 2 x 2
2x 5x 2 (2x 1)(x 2) 2x 1 1
lim lim lim
x 8 (x 2)(x 2x 4) x 2x 4 4
Ví dụ 2: Tính các giới hạn sau:
a) 2
x 2
4x 1 3 lim
x 4
b)3 x 1
x 1 lim
x 1
c) x 1 34x 5 3 lim 5x 3 2
d)
3 x 1
7x 1 5x 1 lim
x 1
Lời giải
a) 2
x 2
4x 1 3 lim
x 4
x 2 2( 4x 1 3)( 4x 1 3) lim
(x 4)( 4x 1 3)
x 2 2
4x 1 9 lim
(x 4)( 4x 1 3)
x 2 2lim 4x 8
(x 4)( 4x 1 3)
x 2
4x 8 lim
(x 2)(x 2) 4x 1 3
x 24 1
lim
(x 2)( 4x 1 3) 6
.b)
3 x 1
x 1 lim
x 1
3 2
3 3
x 1 3 2 3
x 1 x x 1
lim
(x 1) x x 1
x 1 3 2 3
lim x 1
(x 1) x x 1
x 1 3 2 3
1 1
lim
x x 1 3
.c) x 1 3
4x 5 3 lim 5x 3 2
2 3
3 x 1
4(x 1) (5x 3) 2 5x 3 4 lim
5(x 1) 4x 5 3
2 3
3 x 1
4 (5x 3) 2 5x 3 4 8
lim .
5 4x 5 3 5
d) Ta có: 3
x 1
7x 1 2 5x 1 2 A lim
x 1
3
x 1 x 1
7x 1 2 5x 1 2
lim lim I J
x 1 x 1
3
x 1 3 2 3
7x 1 2 I lim
(x 1) (7x 1) 2 7x 1 4
2 3
x 1 3
7 7
lim
(7x 1) 2 7x 1 4 12
.2
x 1 x 1
5x 1 2 5 5
J lim lim
(x 1)( 5x 1 1) 5x 1 1 3
Vậy
7 5 13
A 12 3 12
.Dạng 5: Giới hạn dạng vô định
Nhận biết dạng vô định
x x0
lim u x
v x
khi
x x0 x x0
lim u x , lim v x
x
lim u x
v x
khi
x x0 x x0
lim u x , lim v x
Phương pháp giải:
- Chia tử và mẫu cho xn với n là số mũ cao nhất của biến ở mẫu (Hoặc phân tích thành tích chứa nhân tử xn rồi giản ước).
- Nếu u(x) hoặc v(x) có chứa biến x trong dấu căn thì đưa xk ra ngoài dấu căn (Với k là mũ cao nhất của biến x trong dấu căn), sau đó chia tử và mẫu cho lũy thừa cao nhất của x.
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Tính các giới hạn sau:
a)
4 2
x 4
x 3x 7
lim x x 1
b)
5 4
x 2
2x x 3 lim
3x 7
c)2 4
x 5
3x x lim
x 6x 5
Lời giải
a)
4 2
x 4
x 3x 7
lim x x 1
4 2
4 x 4
4
x 3x 7
lim x
x x 1
x
2 4
x
3 4
3 7
1 x x
lim 1
1 1
1 x x
b)
5 4
x 2
2x x 3 lim
3x 7
5
5
x 2
2
1 3
x 2
x x
lim 7
x 3 x
3
5 x
2
1 3
x 2
x x
lim 7
3 x
Vì
3 x
5 x
2
lim x
1 3
2 x x 2
lim 0
7 3
3 x
c)2 4
x 5
3x x lim
x 6x 5
2 4
5 x 5
5
3x x lim x
x 6x 5 x
3 x
4 5
3 1 x x 0
lim 0
6 5 1
1 x x
.
Ví dụ 2: Tính các giới hạn sau:
a)
2 x 2
2x 3x 2
lim
5x x 2
b) x 2
lim 1 3x
2x 3
c)2 x 2
3x 2 x 1
lim
x 1 1
Lời giải
a)
2 x 2
2x 3x 2
lim
5x x 2
2 x
2
2x x 3 2 lim x
5x x 1 2 x
2 x
2
2x x 3 2 lim x
5x x 1 2 x
2 x
2
2 3 2
2 3
lim x
2 6
5 1
x
b) x 2
lim 1 3x
2x 3
xlim 1 3x
x 2 3 x
x
lim 1 3x x 2 3
x
x
1 3 3 3 2
lim x
3 2 2 2 x
c)
2 x 2
3x 2 x 1
lim
x 1 1
2 2
x
2
2 1 1
x 3 x
x x x
lim 1
x 1 1
x
2 2
x
2
2 1 1
x 3 x
x x x
lim 1
x 1 1
x
2 2
x
2
2 1 1
3 x x x 3
lim 3
1 1 1
1 x x
.
Dạng 6: Giới hạn dạng vô định và
0.
Phương pháp giải:
- Nếu biểu thức chứa biến số dưới dấu căn thì nhân và chia với biểu thức liên hợp - Nếu biểu thức chứa nhiều phân thức thì quy đồng mẫu và đưa về cùng một biểu thức Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Tính các giới hạn sau:
a) x
lim 5 x
27 x
2
b) x
lim 5x
22x x 5
c) x
lim 38x 2x 2x
Lời giải
a) x
lim 5 x
27 x
2
2
2
2 2
x
5 x 7 x
lim
5 x 7 x
2 2
x
lim 2 0
5 x 7 x
b) x
lim 5x
22x x 5
2 2x 2
5x 2x 5x lim
5x 2x x 5
x 2
lim 2x
5x 2x x 5
xlim 2x
x 5 2 x 5 x
x
2 2 5
lim 2 5 5 5
5 5
x
c) x
lim 38x 2x 2x
3 3
3 2 3 3 2
x 3
8x 2x 8x lim
(8x 2x) 2x 8x 2x 4x
x 2
23 3 2
2 2
lim 2x
2 2
x 8 2x.x 8 4x
x x
x 2
3
3 2 2
2
lim x 0
2 2
8 2 8 4
x x
Ví dụ 2: Tính các giới hạn sau:
a) 2
x 0
1 1 lim
x x
b)
x 0
1 1
lim 1
x x 1
Lời giải
a) 2
x 0
1 1 lim
x x
x 0 2lim x 1
x
Vì
x 0 2 x 0
2
lim x 1 1 0 lim x 0
x 0 x 0
b)
x 0
1 1
lim 1
x x 1
x 01 x
lim . x x 1
x 0lim 1 1.
x 1
Dạng 7: Tính giới hạn một bênPhương pháp giải:
Sử dụng quy tắc tính giới hạn tới vô cực
xlim f (x)x0 L
xlim g(x)x0
Dấu của g(x)
x x0
f (x) lim
g(x)
L
Tùy ý 0
L > 0 0 +
0 -
L < 0 0 +
0 -
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Tính các giới hạn sau:
a)
x 3
x 3 lim
5x 15
b)x 2
lim 2x 1 x 2
c)
2 x 3 2
2x 5x 3 lim
x 3
Lời giải
a)
x 3 x 3
x 3 x 3 1
lim lim
5x 15 5 x 3 5
b)
x 2
lim 2x 1 x 2
. Vì
x 2
x 2
lim 2x 1 2.2 1 3 0 lim x 2 0
x 2 x 2 x 2 0
c)
2 x 3 2
2x 5x 3 lim
x 3
2x 3
2x 1 x 3 lim
x 3
x 3
lim 2x 1 x 3
Vì
x 3
x 3
lim 2x 1 7 0 lim x 3 0
x 3 x 3 x 3 0
Ví dụ 2: Cho hàm số
x2 1
khi x 1
f x 1 x
2x 2 khi x 1
. Tính:
a)
x 1
lim f x
b)
x 1
lim f x
Lời giải
a)
x 1 x 1
lim f x lim 2x 2 2.1 2 0
b)
2x 1 x 1
x 1 lim f x lim
1 x
vì
2 x 1
x 1
lim x 1 2 0 lim 1 x 0
x 1 x 1 1 x 0
Dạng 8: Tìm tham số m để hàm số có giới hạn tại 1 điểm cho trước Phương pháp giải:
Sử dụng nhận xét:
x x0 x x0 x x0
lim f x L lim f x lim f x L
- Tính giới hạn
x x0 x x0
lim f x ; lim f x
- Để hàm số có giới hạn tại x = x0 cho trước thì
x x0 x x0
lim f x lim f x
. Tìm m.
Khi đó với m vừa tìm được, hàm số có giới hạn tại x = x0 cho trước và giới hạn đó
bằng
x x0 x x0
L lim f x lim f x
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Cho hàm số
x2 3x 2
x 2
f x x 2
a x 2
. Với giá trị nào của a thì hàm số đã cho có giới hạn tại điểm x = 2?
Lời giải
Ta có
2
x 2 x 2 x 2 x 2
x 2
x 1 x 2 x 3x 2
lim f x lim lim lim x 1 1
x 2 x 2
lim f x a
.
Để hàm số có giới hạn tại x = 2 thì
x 2 x 2
lim f x lim f x
a 1
. Vậy a = 1.Ví dụ 2: Tìm các giá trị thực của tham số m để hàm
số
2
m 3 khi x 1
f x 2m 13 khi x 1 1 7x 2 khi x 1
để tồn tại
x 1
limf x
.
Lời giải
Ta có
x 1 x 1
2
x 1 x 1
lim f x lim m 3 m 3 lim f x lim 1 7x 2 2
Để hàm số có giới hạn tại x = 1 thì
x 1 x 1
lim f x lim f x
m 3 2 m 1
. Vậy m = 1.3. Bài tập tự luyện Câu 1. Tính
x 1
lim 3x 1
x 1
bằng:A. -1 B. C. D. -3
Câu 2. Tính
2 x 2
2x 1 lim
3 x
bằng:A. -2 B.
1
3
C.2
3
D. 2Câu 3. Tính
3 x 2 2
x 8 lim
x 4
bằng:A. 3 B. 1 C. 4 D. 2
Câu 4. Tính
2 x 4 2
x 3x 4 lim x 4x
bằng:
A. -1 B.
5
4
C. 1 D.5
4
Câu 5. Tính3 x 1
x 1 lim
x 1
bằng:A.
1
3
B. 1 C.1
2
D. 2Câu 6. Tính
3 x 0 2
x 1 1 lim
x x
bằng:A. 4 B. 3 C. 0 D. 1
Câu 7. Tính
2 x
4x x 1 lim
x 1
bằngA. -2 B. 1 C. 2 D. -1
Câu 8. Tính xlim
x 5 x7
bằngA. B. C. 0 D. 4
Câu 9. Tính
5 4
x 2
2x x 3 lim
3x 7
là:A. 0 B. C. -2 D.
Câu 10. Tính x
lim x
24x x
A. -2 B. C. 0 D.
Câu 11. Chox
lim x
2ax 5 x 5
. Giá trị của a là:A. 6 B. 10 C. -10 D. -6
Câu 12. Kết quả đúng của
3 x 1 4
x 1 lim
x 1
bằng:A.
3
4
B. 4 C.4
3
D. 3Câu 13. Trong các mệnh đề sau, mệnh đề nào đúng?
A.
4 x
x x
lim 0
1 2x
B.4 x
x x lim
1 2x
C.
4 x
x x
lim 1
1 2x
D.4 x
x x lim
1 2x
Câu 14. Cho
2 2
4 x 2 x 2
f x x 4
x 2 x 2
. Tính
x 2
lim f x
.
A. 0 B. 4 C. D. Không tồn
tại
Câu 15. Tìm các giá trị thực của tham số m để hàm số
f x x
2m khi x 0
x 1 khi x 0
cógiới hạn tại x = 0.
A. m = - 1 B. m = 2 C. m = -2 D. m = 1
Bảng đáp án
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
C A A B A C A C B A C C B A D