Giải SGK Toán 11 (Cánh diều) Bài 2: Giới hạn của hàm số

Giải Toán 11 Bài 2: Giới hạn của hàm số

Câu hỏi khởi động trang 65 Toán 11 Tập 1: Hình 5 biểu diễn đồ thị hàm số vận tốc theo biến số t (t là thời gian, đơn vị: giây). Khi các giá trị của biến số t dần tới 0,2 (s) thì các giá trị tương ứng của hàm số v(t) dần tới 0,070 (m/s)..

Trong toán học, giá trị 0,070 biểu thị khái niệm gì của hàm số v(t) khi các giá trị của biến số t dần tới 0,2?

Lời giải:

Sau bài học này chúng ta sẽ biết:

Trong toán học giá trị 0,070 được gọi là giới hạn của hàm số khi x tiến tới 0,2.

I. Giới hạn hữu hạn của hàm số tại một điểm

Hoạt động 1 trang 65 Toán 11 Tập 1: Xét hàm số f(x) = 2x.

a) Xét dãy số (x_n), với x_n = 1+$\frac{1}{n}$. Hoàn thành bảng giá trị f(x_n) tướng ứng.

Các giá trị tương ứng của hàm số f(x₁), f(x₂), ..., f(x_n), ... lập thành một dãy số mà ta kí hiệu là (f(x_n)). Tìm limf(x_n).

b) Chứng minh rằng với dãy số bất kì (x_n), x_n → 1 ta luôn có f(x_n) → 2.

Lời giải:

a) Ta có bảng giá trị sau:

Ta có: limf(x_n) = lim$\frac{2\left(n+1\right)}{n}$=2.

b) Lấy dãy (x_n) bất kí thỏa mãn x_n → 1 ta có:

f(x_n) = 2x_n

⇒ $\lim f\left(x_n\right)=\lim 2x_n=2\lim x_n$= 2.1=2.

Luyện tập 1 trang 67 Toán 11 Tập 1: Sử dụng định nghĩa, chứng minh rằng: $\underset{x\to 2}{\mathrm{li}\text{m}}{\text{x}}^2$=4.

Lời giải:

Đặt f(x) = x²

Giả sử (x_n) là dãy số thỏa mãn limx_n = 2.

⇒ limf(x_n) = lim$x_n^2=2^2$=4.

Vậy $\underset{x\to 2}{li\text{m}}{\text{x}}^2$=4.

Hoạt động 2 trang 67 Toán 11 Tập 1: Cho hàm số f(x) = x² – 1, g(x) = x + 1.

a) $\underset{x\to 1}{\lim }$f(x)và $\underset{x\to 1}{\lim }$g(x).

b) $\underset{x\to 1}{\lim }\left(f\left(x\right)+g\left(x\right)\right)$và so sánh với $\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right)+\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)$.

c) $\underset{x\to 1}{\lim }\left(f\left(x\right)-g\left(x\right)\right)$và so sánh với $\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right)-\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)$.

d) $\underset{x\to 1}{\lim }\left(f\left(x\right).g\left(x\right)\right)$và so sánh với $\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right).\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)$.

e) $\underset{x\to 1}{\lim }\frac{f\left(x\right)}{g\left(x\right)}$và so sánh với $\frac{\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right)}{\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)}$.

Lời giải:

a) Giả sử (x_n) là dãy số bất kì thỏa mãn limx_n = 1. Khi đó ta có:

$\lim f\left(x_n\right)=\lim \left(x_n^2-1\right)=\lim x_n^2$-1 = 1-1 = 0.

$\Rightarrow$limf(x) = 0.

limg(x_n) = lim(x_n+1) = limx_n+1 = 2

$\Rightarrow$limg(x) = 2.

b) Ta có: f(x) + g(x) = x² – 1 + x + 1 = x² + x

(x_n) là dãy số bất kì thỏa mãn limx_n = 1. Khi đó ta có:

$\lim \left(f\left(x_n\right)+g\left(x_n\right)\right)=\lim \left(x_n^2+x_n\right)=\lim x_n^2+\lim x_n=1^2+1=2$.

$\Rightarrow \underset{x\to 1}{\lim }\left(f\left(x\right)+g\left(x\right)\right)=2$.

Ta lại có: $\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right)+\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)$= 0 + 2 =2.

Vậy $\underset{x\to 1}{\lim }\left(f\left(x\right)+g\left(x\right)\right)=\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right)+\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)$=2.

c) Ta có: f(x) – g(x) = x² – 1 – x – 1 = x² – x – 2

(x_n) là dãy số bất kì thỏa mãn limx_n = 1. Khi đó ta có:

$\lim \left(f\left(x_n\right)-g\left(x_n\right)\right)=\lim \left(x_n^2-x_n-2\right)$

$=\lim x_n^2-\lim x_n-2=1^2-1-2=-2$

$\Rightarrow \underset{x\to 1}{\lim }\left(f\left(x\right)-g\left(x\right)\right)=-2$.

Ta lại có: $\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right)-\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)$ = 0-2 = -2.

Vậy $\underset{x\to 1}{\lim }\left(f\left(x\right)-g\left(x\right)\right)=\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right)-\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)$= -2.

d) Ta có: f(x).g(x) = (x² – 1)(x + 1) = x³ + x² – x – 1

(x_n) là dãy số bất kì thỏa mãn limx_n = 1. Khi đó ta có:

$\lim \left(f\left(x_n\right).g\left(x_n\right)\right)=\lim \left(x_n^3+x_n^2-x_n-1\right)$

$=\lim x_n^3+\lim x_n^2-\lim x_n$-1 = 1³+1²-1-1 = 0

$\Rightarrow \underset{x\to 1}{\lim }\left(f\left(x\right).g\left(x\right)\right)$=0.

Ta lại có: $\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right).\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)$= 0.2 = 0.

Vậy $\underset{x\to 1}{\lim }\left(f\left(x\right).g\left(x\right)\right)=\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right).\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)$.

e) Ta có: $\frac{f\left(x\right)}{g\left(x\right)}=\frac{x^2-1}{x+1}$

(x_n) là dãy số bất kì thỏa mãn limx_n = 1. Khi đó ta có:

$\lim \frac{f\left(x_n\right)}{g\left(x_n\right)}=\lim \frac{x_n^2-1}{x_n+1}=\lim \frac{\left(x_n-1\right)\left(x_n+1\right)}{x_n+1}=\lim \left(x_n-1\right)$ = 0.

$\Rightarrow \underset{x\to 1}{\lim }\frac{f\left(x\right)}{g\left(x\right)}$= 0.

Ta lại có: $\frac{\lim f\left(x\right)}{\lim g\left(x\right)}=\frac{0}{2}$=0

Vậy $\underset{x\to 1}{\lim }\frac{f\left(x\right)}{g\left(x\right)}=\frac{\underset{x\to 1}{\lim }f\left(x\right)}{\underset{x\to 1}{\lim }g\left(x\right)}$.

Luyện tập 2 trang 68 Toán 11 Tập 1: Tính:

a) $\underset{x\to 2}{\lim }\left(\left(x+1\right)\left(x^2+2x\right)\right)$;

b) $\underset{x\to 2}{\lim }\sqrt{x^2+x+3}$.

Lời giải:

a) $\underset{x\to 2}{\lim }\left(\left(x+1\right)\left(x^2+2x\right)\right)=\underset{x\to 2}{\lim }\left(x+1\right).\underset{x\to 2}{\lim }\left(x^2+2x\right)$= 3.8 = 24.

b) $\underset{x\to 2}{\lim }\sqrt{x^2+x+3}=\sqrt{\underset{x\to 2}{\lim }\left(x^2+x+3\right)}$= 3.

Hoạt động 3 trang 68 Toán 11 Tập 1: Cho hàm số f(x) = . Hàm số f(x) có đồ thị ở Hình 6.

a) Xét dãy số (u_n) sao cho u_n < 0 và lim u_n = 0. Xác định f(u_n) và tìm lim f(u_n).

b) Xét dãy số (v_n) sao cho v_n > 0 và lim v_n = 0. Xác định f(v_n) và tìm limf(v_n).

Lời giải:

a) Xét dãy số (u_n) sao cho u_n < 0 và lim u_n = 0. Khi đó f(u_n) = – 1 và lim f(u_n) = – 1.

b) Xét dãy số (v_n) sao cho v_n > 0 và lim v_n = 0. Khi đó f(v_n) = 1 và lim f(v_n) = 1.

Luyện tập 3 trang 69 Toán 11 Tập 1: Tính $\underset{x\to -4^{+}}{\lim }\left(\sqrt{x+4}+x\right)$.

Lời giải:

Ta có: $\underset{x\to -4^{+}}{\lim }\left(\sqrt{x+4}+x\right)=\underset{x\to -4^{+}}{\lim }\sqrt{x+4}+\underset{x\to -4^{+}}{\lim }x$ = 0-4 = -4.

II. Giới hạn hữu hạn của hàm số tại vô cực

Hoạt động 4 trang 69 Toán 11 Tập 1: Cho hàm số f(x) = $\frac{1}{x}$(x$\ne$0)có đồ thị như ở Hình 7. Quan sát đồ thị đó và cho biết:

a) Khi biến x dần tới dương vô cực thì f(x) dần tới giá trị nào.

b) Khi biến x dần tới âm vô cực thì f(x) dần tới giá trị nào.

Lời giải:

Dựa vào đồ thị ta thấy:

a) Hàm số f(x) tiến dần tới giá trị 0 khi x dần tới dương vô cực.

b) Hàm số tiến dần tới âm vô cực thì giá trị f(x) gần tới giá trị 0.

Luyện tập 4 trang 70 Toán 11 Tập 1: Tính $\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{3x+2}{4x-5}$.

Lời giải:

$\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{3x+2}{4x-5}=\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{x\left(3+\frac{2}{x}\right)}{4-\frac{5}{x}}=\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{3+\frac{2}{x}}{4-\frac{5}{x}}=\frac{3}{4}$.

III. Giới hạn vô cực (một phía) của hàm số tại một điểm

Hoạt động 5 trang 70 Toán 11 Tập 1: Cho hàm số f(x) = $\frac{1}{x-1}\left(x\ne 1\right)$có đồ thị như Hình 8. Quan sát đồ thị đó và cho biết:

a) Khi biến x dần tới 1 về bên phải thì f(x) dần tới đâu.

b) Khi biến x dần tới 1 về bên trái thì f(x) dần tới đâu.

Lời giải:

a) Khi biến x dần tới 1 về bên phải thì f(x) dần tới +∞.

b) Khi biến x dần tới 1 về bên trái thì f(x) dần tới – ∞.

Luyện tập 5 trang 71 Toán 11 Tập 1: Tính $\underset{x\to -2^{-}}{\lim }\frac{1}{x+2}$.

Lời giải:

$\underset{x\to -2^{-}}{\lim }\frac{1}{x+2}=-\infty$.

IV. Giới hạn vô cực của hàm số tại vô cực

Hoạt động 6 trang 71 Toán 11 Tập 1: Cho hàm số f(x) = x có đồ thị như Hình 9. Quan sát đồ thị đó và cho biết:

a) Khi biến x dần tới dương vô cực thì f(x) dần tới đâu.

b) Khi biến x dần tới âm vô cực thì f(x) dần tới đâu.

Lời giải:

Dựa vào đồ thị hàm số, ta thấy:

a) Khi biến x dần tới dương vô cực thì f(x) dần tới dương vô cùng.

b) Khi biến x dần tới âm vô cực thì f(x) dần tới âm vô cùng.

Luyện tập 6 trang 72 Toán 11 Tập 1: Tính $\underset{x\to -\infty }{\lim }{x}^4$.

Lời giải:

$\underset{x\to -\infty }{\lim }{x}^4=+\infty$.

Bài tập

Bài 1 trang 72 Toán 11 Tập 1: Sử dụng định nghĩa, tìm các giới hạn sau:

a) $\underset{x\to -3}{\lim }{x}^2$;

b) $\underset{x\to 5}{\lim }\frac{x^2-25}{x-5}$.

Lời giải:

a) $\underset{x\to -3}{\lim }{x}^2={\left(-3\right)}^2=9$

b) $\underset{x\to 5}{\lim }\frac{x^2-25}{x-5}=\underset{x\to 5}{\lim }\frac{\left(x-5\right)\left(x+5\right)}{x-5}=\underset{x\to 5}{\lim }$(x+5) = 10.

Bài 2 trang 72 Toán 11 Tập 1: Biết rằng hàm số f(x) thỏa mãn $\underset{x\to 2^{-}}{\lim }$f(x) = 3và $\underset{x\to 2^{+}}{\lim }$f(x) = 5. Trong trường hợp này có tồn tại giới hạn $\underset{x\to 2}{\lim }$f(x) hay không? Giải thích.

Lời giải:

Ta có: $\underset{x\to 2^{-}}{\lim }$f(x) = 3và $\underset{x\to 2^{+}}{\lim }$f(x) = 5suy ra $\underset{x\to 2^{-}}{\lim }$f(x) = 3$\ne$5= $\underset{x\to 2^{+}}{\lim }$f(x) nên không tồn tại $\underset{x\to 2}{\lim }$f(x).

Bài 3 trang 72 Toán 11 Tập 1: Tính các giới hạn sau:

a) $\underset{x\to 2}{\lim }$(x²-4x+3);

b) $\underset{x\to 3}{\lim }\frac{x^2-5x+6}{x-3}$;

c) $\underset{x\to 1}{\lim }\frac{\sqrt{x}-1}{x-1}$.

Lời giải:

a) $\underset{x\to 2}{\lim }$(x²-4x+3) = 2²-4.2+3 = -1.

b) $\underset{x\to 3}{\lim }\frac{x^2-5x+6}{x-3}=\underset{x\to 3}{\lim }\frac{\left(x-3\right)\left(x-2\right)}{x-3}=\underset{x\to 3}{\lim }\left(x-2\right)=1$.

c) $\underset{x\to 1}{\lim }\frac{\sqrt{x}-1}{x-1}=\underset{x\to 1}{\lim }\frac{\sqrt{x}-1}{\left(\sqrt{x}-1\right)\left(\sqrt{x}+1\right)}=\underset{x\to 1}{\lim }\frac{1}{\sqrt{x}+1}=\frac{1}{2}$.

Bài 4 trang 72 Toán 11 Tập 1: Tính các giới hạn sau:

a) $\underset{x\to +\infty }{\lim }\frac{9x+1}{3x-4}$;

b) $\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{7x-11}{2x+3}$;

c) $\underset{x\to +\infty }{\lim }\frac{\sqrt{x^2+1}}{x}$;

d) $\underset{x\to -\infty }{\lim }\frac{\sqrt{x^2+1}}{x}$;

e) $\underset{x\to 6}{\lim }\frac{1}{x-6}$;

f) $\underset{x\to 7^{+}}{\lim }\frac{1}{x-7}$.

Lời giải:

Bài 5 trang 72 Toán 11 Tập 1: Một công ty sản xuất máy tính đã xác định được rằng, trung bình một nhân viên có thể lắp ráp được N(t) = $\frac{50t}{t+4}\left(t\ge 0\right)$bộ phận mỗi ngày sau t ngày đào tạo. Tính $\underset{t\to +\infty }{\lim }$N(t)và cho biết ý nghĩa của kết quả.

Lời giải:

Ta có: $\underset{t\to +\infty }{\lim }N\left(t\right)=\underset{t\to +\infty }{\lim }\frac{50t}{t+4}=\underset{t\to +\infty }{\lim }\frac{50t}{t\left(1+\frac{4}{t}\right)}=\underset{t\to +\infty }{\lim }\frac{50}{1+\frac{4}{t}}$= 50.

Ý nghĩa: Tối đa một nhân viên chỉ có thể lắp được 50 bộ phận mỗi ngày.

Bài 6 trang 72 Toán 11 Tập 1: Chi phí (đơn vị: nghìn đồng) để sản xuất x sản phẩm của một công ty được xác định bởi hàm số: C(x) = 50 000 + 105x.

a) Tính chi phí trung bình $\overline{C}$(x)để sản xuất một sản phẩm.

b) Tính $\underset{x\to +\infty }{\lim }\overline{C}\left(x\right)$và cho biết ý nghĩa của kết quả.

Lời giải:

a) Chi phí trung bình $\overline{C}$(x)để sản xuất một sản phẩm là:

$\overline{C}\left(x\right)=\frac{50000+105x}{x}$ (sản phẩm).

b) Ta có: $\underset{x\to +\infty }{\lim }\overline{C}\left(x\right)=\underset{x\to +\infty }{\lim }\frac{50000+105x}{x}=\underset{x\to +\infty }{\lim }\frac{x\left(\frac{50000}{x}+105\right)}{x}$

$=\underset{x\to +\infty }{\lim }\left(\frac{50000}{x}+105\right)=105$.

Ý nghĩa: Khi số sản phẩm sản xuất ra ngày càng nhiều thì chi phí trung bình chỉ tối đa là 105 nghìn đồng.