Giải Toán 11 Bài 2: Giới hạn của hàm số

Giải bài tập Toán 11 Bài 2: Giới hạn của hàm số

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời hoạt động 1 trang 123 sgk Đại số và Giải tích 11: Xét hàm số:

$f(x)=\frac{2x^2-2x}{x-1}$

1. Cho biến $x$ những giá trị khác 1 lập thành dãy số $x_n,x_n\to 1$ như trong bảng sau:

Khi đó, các giá trị tương ứng của hàm số

$f(x_1),f(x_2),\dots ,f(x_n),\dots$

cũng lập thành một dãy số mà ta kí hiệu là $(f(x_n)).$

a) Chứng minh rằng $f\left(x_n\right)=2x_n=\frac{2n+2}{n}$

b) Tìm giới hạn của dãy số $(f(x_n)).$

2. Chứng minh rằng với dãy số bất kì $x_n,x_n\ne 1$ và $x_n\to 1$, ta luôn có $f(x_n)\to 2.$

(Với tính chất thể hiện trong câu 2, ta nói hàm số $f(x)=\frac{2x^2-2x}{x-1}$ có giới hạn là 2 khi $x$ dần tới 1).

1.

Phương pháp giải:

a) Tính và rút gọn $f\left(x_n\right)$ suy ra đáp số, chú ý $x_n=\frac{n+1}{n}$.

b) Xét giới hạn $\underset{n\to +\mathrm{\infty }}{lim}(f(x_n)-2)$ và suy ra đáp số.

Lời giải:

a) $f(x_n)=\frac{2{x_n}^2-2x_n}{x_n-1}=\frac{2x_n(x_n-1)}{x_n-1}$ $=2x_n$

$x_n=\frac{n+1}{n}$ $\Rightarrow f(x_n)=2x_n=2.\frac{n+1}{n}=\frac{2n+2}{n}$

b) $\underset{n\to +\mathrm{\infty }}{lim}(f(x_n)-2)$ $=\underset{n\to +\mathrm{\infty }}{lim}(\frac{2n+2}{n}-2)=\underset{n\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{2}{n}$

Ta có: $\underset{n\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{2}{n}=0$ $\Rightarrow \underset{n\to +\mathrm{\infty }}{lim}(f(x_n)-2)=0$ $\Rightarrow \underset{n\to +\mathrm{\infty }}{lim}f(x_n)=2$

2.

Phương pháp giải:

Tính $limf(x_n)$ dựa vào công thức có được ở phần 1a.

Lời giải:

$limf(x_n)=lim2x_n$ $=2lim{x}_n=2.1=2$

Trả lời hoạt động 2 trang 127 sgk Đại số và Giải tích 11: Trong biểu thức (1) xác định hàm số y = f(x) ở Ví dụ 4, cần thay 2 bằng số nào để hàm số có giới hạn là -2 khi x $\to$ 1
Phương pháp giải:

Để hàm số có giới hạn bằng $-2$ tại $x=1$ thì $\underset{x\to 1^{+}}{lim}f\left(x\right)=\underset{x\to 1^{-}}{lim}f\left(x\right)=-2$.

Lời giải:

Để hàm số có giới hạn bằng $-2$ tại $x=1$ thì $\underset{x\to 1^{+}}{lim}f\left(x\right)=\underset{x\to 1^{-}}{lim}f\left(x\right)=-2$ hay $5.1+c=-2\iff c=-7$.

Vậy cần thay $2$ bằng $-7$ để hàm số có giới hạn bằng $-2$ tại $x=1$.

Trả lời hoạt động 3 trang 127 sgk Đại số và Giải tích 11: Cho hàm số f(x) = $\frac{1}{x–2}$ có đồ thị như ở Hình 52

Quan sát đồ thị và cho biết:

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

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

Lời giải:

– Khi biến $x$ dần tới dương vô cực, thì $f(x)$ dần tới giá trị dương vô cực

– Khi biến $x$ dần tới âm vô cực, thì $f(x)$ dần tới giá trị âm vô cực

Bài tập (trang 132, 133 sgk Đại số và Giải tích 11)
Bài 1 trang 132 sgk Đại số và Giải tích 11: Dùng định nghĩa tìm các giới hạn sau:

a. $\underset{x\to 4}{lim}\frac{x+1}{3x-2}$;

b. $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{2-5x^2}{x^2+3}$.

a.

Phương pháp giải:

$\underset{x\to a}{lim}f(x)),f(x)$ xác định trên $D$

+) Lấy dãy $(x_n)$ bất kì, $x_n\in D$: $lim{x}_n=4$ 

+) Tính $limf(x_n)$.

Lời giải:

Hàm số $f(x)=\frac{x+1}{3x-2}$ xác định trên $D=\mathbb{R}\mathrm{\setminus }\left\{\frac{2}{3}\right\}$ và ta có $x=4\in D$

Giả sử $(x_n)$ là dãy số bất kì và $x_n\in D$; $x_n\ne 4$ và $x_n\to 4$ khi $n\to +\mathrm{\infty }$ hay $lim{x}_n=4$

Ta có $limf(x_n)=lim\frac{x_n+1}{3x_n-2}$ $=\frac{lim{x}_n+1}{3lim{x}_n-2}$ $=\frac{4+1}{3.4-2}=\frac{1}{2}$

Vậy $\underset{x\to 4}{lim}$ $\frac{x+1}{3x-2}$ = $\frac{1}{2}$.

b.

Phương pháp giải:

$\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}f(x)$.

+) Lấy dãy $(x_n)$ bất kì: $lim{x}_n=+\mathrm{\infty }$

+) Tính $limf(x_n)$.

Lời giải:

Hàm số $f(x)$ = $\frac{2-5x^2}{x^2+3}$ xác định trên $\mathbb{R}$.

Giả sử $(x_n)$ là dãy số bất kì và $x_n\to +\infty$ khi $n\to +\mathrm{\infty }$ hay $lim{x}_n=+\mathrm{\infty }$

$\Rightarrow lim\frac{1}{x_n^2}=0$

Ta có $limf(x_n)=lim\frac{2-5x_n^2}{x_n^2+3}$ $=lim\frac{x_n^2\left(\frac{2}{x_n^2}-5\right)}{x_n^2\left(1+\frac{3}{x_n^2}\right)}$ $=lim\frac{\frac{2}{x_n^2}-5}{1+\frac{3}{x_n^2}}$ $=\frac{lim\frac{2}{x_n^2}-5}{1+lim\frac{3}{x_n^2}}=\frac{0-5}{1+0}$ $=-5$

Vậy $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{2-5x^2}{x^2+3}=-5$.

Bài 2 trang 132 sgk Đại số và Giải tích 11: Cho hàm số

$f(x)=\{\begin{array}{c}\sqrt{x}+1\text{ nếu }x\ge 0\hfill \\ 2x\text{ nếu }x<0\hfill \end{array}$

Và các dãy số $(u_n)$ với $u_n=\frac{1}{n}$, $(v_n)$ với $v_n=-\frac{1}{n}$.

Tính $lim{u}_n$, $lim{v}_n$, $limf(u_n)$ và $limf(v_n)$

Từ đó có kết luận gì về giới hạn của hàm số đã cho khi $x\to 0$?

Phương pháp giải:

– Sử dụng giới hạn cơ bản $lim\frac{1}{n^k}=0$ với $k\in N^{\ast }$

– Thay $u_n,v_n$ vào $f(x)$ và tính giới hạn.

Lời giải:

$\begin{array}{l}lim{u}_n=lim\frac{1}{n}=0\\ lim{v}_n=lim\left(-\frac{1}{n}\right)=0\\ u_n=\frac{1}{n}>0\Rightarrow f\left(u_n\right)=\sqrt{\frac{1}{n}}+1\\ \Rightarrow limf\left(u_n\right)=lim\left(\sqrt{\frac{1}{n}}+1\right)=1\\ v_n=-\frac{1}{n}<0\Rightarrow f\left(v_n\right)=-\frac{2}{n}\\ \Rightarrow limf\left(v_n\right)=lim\left(-\frac{2}{n}\right)=0\end{array}$

Do $limf\left(u_n\right)=1$ nên $\underset{x\to 0^{+}}{lim}f\left(x\right)=1$.

$limf\left(v_n\right)=0$ nên $\underset{x\to 0^{-}}{lim}f\left(x\right)=0$.

Do đó $\underset{x\to 0^{+}}{lim}f\left(x\right)\ne \underset{x\to 0^{-}}{lim}f\left(x\right)$ nên không tồn tại giới hạn của hàm số tại $x=0$.

Vậy hàm số đã cho không có giới hạn khi $x\to 0$.

Bài 3 trang 132 sgk Đại số và Giải tích 11: Tính các giới hạn sau:

a. $\underset{x\to -3}{lim}$ $\frac{x^2-1}{x+1}$;

b. $\underset{x\to -2}{lim}$ $\frac{4-x^2}{x+2}$;

c. $\underset{x\to 6}{lim}$ $\frac{\sqrt{x+3}-3}{x-6}$

d. $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{2x-6}{4-x}$

e. $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{17}{x^2+1}$

f. $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{-2x^2+x-1}{3+x}$

Phương pháp giải:

Nếu hàm số $y=f(x)$ xác định tại $x=x_0$ thì $\underset{x\to x_0}{lim}f\left(x\right)=f\left(x_0\right)$.

Nếu giới hạn hàm số có dạng vô định, tìm cách khử dạng vô định.

Lời giải:

a.$\underset{x\to -3}{lim}$ $\frac{x^2-1}{x+1}$ $=\frac{\underset{x\to -3}{lim}\left(x^2-1\right)}{\underset{x\to -3}{lim}\left(x+1\right)}$ $=\frac{\underset{x\to -3}{lim}{x}^2-\underset{x\to -3}{lim}1}{\underset{x\to -3}{lim}x+\underset{x\to -3}{lim}1}$ = $\frac{(-3{)}^2-1}{-3+1}=-4$.

b.

$\underset{x\to -2}{lim}$ $\frac{4-x^2}{x+2}$ = $\underset{x\to -2}{lim}$ $\frac{(2-x)(2+x)}{x+2}$ = $\underset{x\to -2}{lim}(2-x)=2-(-2)=4$

c.

$\underset{x\to 6}{lim}$ $\frac{\sqrt{x+3}-3}{x-6}$ = $\underset{x\to 6}{lim}\frac{(\sqrt{x+3}-3)(\sqrt{x+3}+3)}{(x-6)(\sqrt{x+3}+3)}$ 
= $\underset{x\to 6}{lim}$ $\frac{x+3-9}{(x-6)(\sqrt{x+3}+3)}$ $=\underset{x\to 6}{lim}\frac{x-6}{\left(x-6\right)\left(\sqrt{x+3}+3\right)}$ $=\underset{x\to 6}{lim}\frac{1}{\sqrt{x+3}+3}$ $=\frac{1}{\underset{x\to 6}{lim}\left(\sqrt{x+3}+3\right)}$ $=\frac{1}{\underset{x\to 6}{lim}\left(\sqrt{x+3}\right)+3}$ $=\frac{1}{\sqrt{6+3}+3}$= $\frac{1}{6}$.

d. 

$\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{2x-6}{4-x}$ $=\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{x\left(2-\frac{6}{x}\right)}{x\left(\frac{4}{x}-1\right)}$ $=\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{2-\frac{6}{x}}{\frac{4}{x}-1}$ $=\frac{2-\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{6}{x}}{\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{4}{x}-1}$ $=\frac{2-0}{0-1}$ $=-2$

e. 

$\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{17}{x^2+1}=0$ vì:

$\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}$  $(x^2+1)=$ $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}{x}^2(1+\frac{1}{x^2})=+\infty$

Cách khác:

$\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{17}{x^2+1}$ $=\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{x^2.\frac{17}{x^2}}{x^2.\left(1+\frac{1}{x^2}\right)}$ $=\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{\frac{17}{x^2}}{1+\frac{1}{x^2}}$ $=\frac{\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{17}{x^2}}{1+\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{1}{x^2}}$ $=\frac{0}{1+0}=0$

f. 

$\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{-2x^2+x-1}{3+x}$ $=\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{x^2\left(-2+\frac{1}{x}-\frac{1}{x^2}\right)}{x^2\left(\frac{3}{x^2}+\frac{1}{x}\right)}$ $=\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{-2+\frac{1}{x}-\frac{1}{x^2}}{\frac{3}{x^2}+\frac{1}{x}}$

Vì $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\left(\frac{3}{x^2}+\frac{1}{x}\right)=0$; $\frac{3}{x^2}+\frac{1}{x}>0$ khi $x\to +\mathrm{\infty }$

và $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\left(-2+\frac{1}{x}-\frac{1}{x^2}\right)$ $=-2+\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{1}{x}-\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{1}{x^2}$ $=-2+0-0=-2<0$

Vậy $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{-2x^2+x-1}{3+x}$$=\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{-2+\frac{1}{x}-\frac{1}{x^2}}{\frac{3}{x^2}+\frac{1}{x}}$ $=-\mathrm{\infty }$

Cách khác:

$\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{-2x^2+x-1}{3+x}$ $=\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{x^2\left(-2+\frac{1}{x}-\frac{1}{x^2}\right)}{x\left(\frac{3}{x}+1\right)}$ $=\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\left[x.\frac{-2+\frac{1}{x}-\frac{1}{x^2}}{\frac{3}{x}+1}\right]$

Mà $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}x=+\mathrm{\infty }$

và $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{-2+\frac{1}{x}-\frac{1}{x^2}}{\frac{3}{x}+1}$ $=\frac{-2+\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{1}{x}-\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{1}{x^2}}{\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\frac{3}{x}+1}$ $=\frac{-2+0-0}{0+1}=-2<0$

Nên $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{-2x^2+x-1}{3+x}$$=-\mathrm{\infty }$

Bài 4 trang 132 sgk Đại số và Giải tích 11: Tìm các giới hạn sau:

a. $\underset{x\to 2}{lim}$ $\frac{3x-5}{(x-2{)}^2}$

b. $\underset{x\to 1^{-}}{lim}$ $\frac{2x-7}{x-1}$

$\underset{x\to 1^{+}}{lim}$ c.$\frac{2x-7}{x-1}$

Phương pháp giải:

Sử dụng quy tắc tìm giới hạn của thương $\frac{f\left(x\right)}{g\left(x\right)}$

$\underset{x\to x_0}{lim}f\left(x\right)$	$\underset{x\to x_0}{lim}g\left(x\right)$	Dấu của $g\left(x\right)$	$\underset{x\to x_0}{lim}\frac{f\left(x\right)}{g\left(x\right)}$
$L$	$\pm \mathrm{\infty }$	Tùy ý	0
$L>0$	0	+	$+\mathrm{\infty }$
		–	$-\mathrm{\infty }$
$L<0$		+	$-\mathrm{\infty }$
		–	$+\mathrm{\infty }$

 
Lời giải
a.

Ta có $\underset{x\to 2}{lim}(x-2{)}^2=0$ và $(x-2{)}^2>0$ với $\forall x\ne 2$ và $\underset{x\to 2}{lim}(3x-5)=3.2-5=1>0$.

Do đó $\underset{x\to 2}{lim}$ $\frac{3x-5}{(x-2{)}^2}=+\infty$.

b.

Ta có $\underset{x\to 1^{-}}{lim}(x-1)=0$ và $x-1<0$ với $\forall x<1$ và $\underset{x\to 1^{-}}{lim}(2x-7)=2.1-7=-5<0$.

Do đó $\underset{x\to 1^{-}}{lim}\frac{2x-7}{x-1}=+\infty$.

c.

Ta có $\underset{x\to 1^{+}}{lim}(x-1)=0$ và $x-1>0$ với $\forall x>1$ và $\underset{x\to 1^{+}}{lim}(2x-7)=2.1-7=-5<0$.

Do đó $\underset{x\to 1^{+}}{lim}$ $\frac{2x-7}{x-1}=-\infty$.

Bài 5 trang 133 sgk Đại số và Giải tích 11: Cho hàm số $f(x)=\frac{x+2}{x^2-9}$ có đồ thị như trên hình 53.

a. Quan sát đồ thị và nêu nhận xét về giá trị hàm số đã cho khi $x\to -\infty$, $x\to 3^{-}$ và $x\to -3^{+}$

b. Kiểm tra các nhận xét trên bằng cách tính các giới hạn sau:

$\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}f(x)$ với $f(x)$ được xét trên khoảng $(-\mathrm{\infty };-3)$,

$\underset{x\to 3^{-}}{lim}f(x)$ với $f(x)$ được xét trên khoảng $(-3,3)$,

$\underset{x\to -3^{+}}{lim}f(x)$ với $f(x)$ được xét trên khoảng $(-3;3)$.

a.

Phương pháp giải:

Quan sát đồ thị hàm số.

Lời giải:

Quan sát đồ thị ta thấy $x\to -\infty$ thì $f(x)\to 0$; khi $x\to 3^{-}$ thì $f(x)\to -\infty$;

khi $x\to -3^{+}$ thì $f(x)\to +\infty$.

b.

Phương pháp giải:

Tính các giới hạn, sử dụng quy tắc tính giới hạn được học và kết luận.

Lời giải:

+) $\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}f\left(x\right)$ $=\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}\frac{x+2}{x^2-9}$ $=\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}\frac{x\left(1+\frac{2}{x}\right)}{x\left(x-\frac{9}{x}\right)}$ $=\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}\frac{1+\frac{2}{x}}{x-\frac{9}{x}}$

Mà $\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}\left(1+\frac{2}{x}\right)=1$

và $\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}\left(x-\frac{9}{x}\right)=\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}\left[x\left(1-\frac{9}{x^2}\right)\right]=-\mathrm{\infty }$

nên $\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}f\left(x\right)$$=0$

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

Vì $\underset{x\to 3^{-}}{lim}\left(x+2\right)=3+2=5>0$ và $\underset{x\to 3^{-}}{lim}\left(x^2-9\right)=0$; $x^2-9<0$ khi $x<3$

nên $\underset{x\to 3^{-}}{lim}f\left(x\right)=-\mathrm{\infty }$.

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

Vì $\underset{x\to (-3{)}^{+}}{lim}\left(x+2\right)=-3+2=-1<0$ và $\underset{x\to (-3{)}^{+}}{lim}\left(x^2-9\right)=0$; $x^2-9<0$ khi $x>-3$

nên $\underset{x\to (-3{)}^{+}}{lim}f\left(x\right)=+\mathrm{\infty }$.

Cách khác:

$\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}f(x)=\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{x+2}{x^2-9}$ = $\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{\frac{1}{x}+\frac{2}{x^2}}{1-\frac{9}{x^2}}=0$.

$\underset{x\to 3^{-}}{lim}f(x)=\underset{x\to 3^{-}}{lim}$$\frac{x+2}{x^2-9}$  =  $\underset{x\to 3^{-}}{lim}$ $\frac{x+2}{x+3}.\frac{1}{x-3}=-\infty$

vì  $\underset{x\to 3^{-}}{lim}$$\frac{x+2}{x+3}$ = $\frac{5}{6}>0$ và $\underset{x\to 3^{-}}{lim}\frac{1}{x-3}=-\infty$.

$\underset{x\to -3^{+}}{lim}f(x)=$ $\underset{x\to -3^{+}}{lim}$ $\frac{x+2}{x^2-9}$ = $\underset{x\to -3^{+}}{lim}$ $\frac{x+2}{x-3}$. $\frac{1}{x+3}=+\infty$ 

vì  $\underset{x\to -3^{+}}{lim}$ $\frac{x+2}{x-3}$ = $\frac{-1}{-6}$ = $\frac{1}{6}>0$ và $\underset{x\to -3^{+}}{lim}$ $\frac{1}{x+3}=+\infty$.

Bài 6 trang 133 sgk Đại số và Giải tích 11: Tính:
a. $\begin{array}{rl}& \underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}(x^4-x^2+x-1)\end{array}$
b.$\begin{array}{rll}& & \underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}(-2x^3+3x^2-5)\end{array}$

c. $\begin{array}{rl}& \underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}(\sqrt{x^2-2x+5})\end{array}$

Phương pháp giải:

Sử dụng quy tắc tìm giới hạn của tích.
Lời giải:
a.
$\begin{array}{l}\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\left(x^4-x^2+x-1\right)\\ =\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}{x}^4\left(1-\frac{1}{x^2}+\frac{1}{x^3}-\frac{1}{x^4}\right)\\ \underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}{x}^4=+\mathrm{\infty }\\ \underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\left(1-\frac{1}{x^2}+\frac{1}{x^3}-\frac{1}{x^4}\right)=1>0\\ \Rightarrow \underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}\left(x^4-x^2+x-1\right)=+\mathrm{\infty }\end{array}$
b. 

c.

d.

Bài 7 trang 133 sgk Đại số và Giải tích 11: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự là $f$. Gọi $d$ và $d^{\prime }$ lần lượt là khoảng cách từ một vật thật $AB$ và từ ảnh $A^{\prime }{B}^{\prime }$ của nó tới quang tâm $O$ của thấu kính (h.54). Công thức thấu kính là $\frac{1}{d}+\frac{1}{d^{\prime }}=\frac{1}{f}.$

a. Tìm biểu thức xác định hàm số $d^{\prime }=\phi (d)$.

b. Tìm $\underset{d\to f^{+}}{lim}\phi (d)$, $\underset{d\to f^{-}}{lim}\phi (d)$ và $\underset{d\to +\mathrm{\infty }}{lim}\phi (d)$. Giải thích ý nghĩa của các kết quả tìm được.

a. 

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức $\frac{1}{d}+\frac{1}{d^{\prime }}=\frac{1}{f}$.

Lời giải:

$\frac{1}{d}+\frac{1}{d^{\prime }}=\frac{1}{f}$ $\iff \frac{1}{d^{\prime }}=\frac{1}{f}-\frac{1}{d}$ $\iff \frac{1}{d^{\prime }}=\frac{d-f}{fd}$ $\iff d^{\prime }=\frac{fd}{d-f}$

Vậy $d^{\prime }=\phi (d)=\frac{fd}{d-f}$.

b.

Phương pháp giải:

Sử dụng quy tắc tìm giới hạn của thương.

Lời giải:

$\begin{array}{l}+)\underset{d\to f^{+}}{lim}\phi \left(d\right)=\underset{d\to f^{+}}{lim}\frac{fd}{d-f}\\ \underset{d\to f^{+}}{lim}\left(fd\right)=f^2>0\\ \underset{d\to f^{+}}{lim}\left(d-f\right)=0;d\to f^{+}\Rightarrow d>f\Rightarrow d-f>0\\ \Rightarrow \underset{d\to f^{+}}{lim}\phi \left(d\right)=+\mathrm{\infty }\end{array}$

Ý nghĩa: Nếu vật thật AB tiến dần về tiêu điểm F sao cho d luôn lớn hơn f thì ảnh của nó dần tới dương vô cực. 

$\begin{array}{l}+)\underset{d\to f^{-}}{lim}\phi \left(d\right)=\underset{d\to f^{-}}{lim}\frac{fd}{d-f}\\ \underset{d\to f^{-}}{lim}\left(fd\right)=f^2>0\\ \underset{d\to f^{-}}{lim}\left(d-f\right)=0;d\to f^{-}\Rightarrow d<f\Rightarrow d-f<0\\ \Rightarrow \underset{d\to f^{-}}{lim}\phi \left(d\right)=-\mathrm{\infty }\end{array}$

Ý nghĩa: Nếu vật thật AB tiến dần về tiêu điểm F sao cho d luôn nhỏ hơn f thì ảnh của nó dần tới âm vô sực.

+) $\underset{d\to +\mathrm{\infty }}{lim}\phi (d)$

$=\underset{d\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{fd}{d-f}$ 

= $\underset{d\to +\mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{f}{1-\frac{f}{d}}=f$.

Ý nghĩa: Nếu vật thật AB ở xa vô cực so với thấu kính thì ảnh của nó ở ngay trên tiêu diện ảnh (mặt phẳng qua tiêu điểm ảnh F’ và vuông góc với trục chính).

Lý thuyết về Bài Giới hạn của hàm số

1. Giới hạn hữu hạn

+) Cho khoảng $K$ chứa điểm $x_0$ và hàm số $y=f(x)$ xác định trên $K$ hoặc trên $K\mathrm{\setminus }\{x_0\}.$

$\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}f(x)=L$ khi và chỉ khi với dãy số $(x_n)$ bất kì, $x_n\in K\mathrm{\setminus }\{x_0\}$ và $x_n\to x_0$, ta có
$limf(x_n)=L$. 

+) Cho hàm số $y=f(x)$ xác định trên khoảng $(x_0;b)$.

$\underset{x\to x_{{}_0}^{+}}{lim}f(x)=L$ khi và chỉ khi dãy số \((xn) bất kì, $x_0<x_n<b$ và $x_n\to x_0$,ta có $limf(x_n)=L$.

+) Cho hàm số $y=f(x)$ xác định trên khoảng $(a;x_0)$.

$\underset{x\to x_{{}_0}^{-}}{lim}f(x)=L$ khi và chỉ khi với dãy số $(x_n)$ bất kì, $a<x_n<x_0$ và $x_n\to x_0$, ta có
$limf(x_n)=L$.

+) Cho hàm số $y=f(x)$ xác định trên khoảng $(a;+\infty )$.

$\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}f(x)=L$ khi và chỉ khi với dãy số $(x_n)$ bất kì, $x_n>a$, $x_n\to +\mathrm{\infty }$ thì $limf(x_n)=L$.

+) Cho hàm số $y=f(x)$ xác định trên khoảng $(-\infty ;a)$.

$\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}f(x)=L$ khi và chỉ khi với dãy số $(x_n)$ bất kì, $x_n<a$, $x_n\to -\mathrm{\infty }$ thì $limf(x_n)=L$.

2. Giới hạn vô cực

Sau đây là hai trong số nhiều loại giới hạn vô cực khác nhau:

+) Cho hàm số $y=f(x)$ xác định trên khoảng $(a;+\infty )$, $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}f(x)=-\infty$ khi và chỉ khi với dãy số $(x_n)$ bất kì, $x_n>a$, $x_n\to +\mathrm{\infty }$ thì ta có $limf(x_n)=-\infty$

+) Cho khoảng $K$ chứa điểm $x_0$ và hàm số $y=f(x)$ xác định trên $K$ hoặc trên $K\mathrm{\setminus }\{x_0\}.$

$\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}f(x)=+\infty$ và chỉ khi với dãy số $(x_n)$ bất kì, $x_n\in K\mathrm{\setminus }\{x_0\}$ và $x_n\to x_0$ thì ta có: $limf(x_n)=+\infty$.

Nhận xét: $f(x)$ có giới hạn $+\infty$ khi và chỉ khi $-f(x)$ có giới hạn $-\infty$.

3. Các giới hạn đặc biệt

a) $\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}x=x_0$;

b) $\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}c=c$;

c) $\underset{x\to \pm \mathrm{\infty }}{lim}c=c$;

d) $\underset{x\to \pm \mathrm{\infty }}{lim}$ $\frac{c}{x}=0$ ($c$ là hằng số);

e) $\underset{x\to +\mathrm{\infty }}{lim}{x}^k=+\infty$, với $k$ nguyên dương;

f) $\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}{x}^k=-\infty$, nếu $k$ là số lẻ;

g)  $\underset{x\to -\mathrm{\infty }}{lim}{x}^k=+\infty$, nếu $k$ là số chẵn.

4. Định lí về giới hạn hữu hạn

Định lí 1. 

a) Nếu $\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}=L$ và $\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}$ $g(x)=M$ thì:

$\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}[f(x)+g(x)]=L+M$;

$\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}[f(x)-g(x)=L-M$;

$\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}[f(x).g(x)]=L.M$;

$\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}$ $\frac{f(x)}{g(x)}$= $\frac{L}{M}$ (nếu $M\ne 0$).

b) Nếu $f(x)\ge 0$ và $\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}f(x)=L$, thì $L\ge 0$ và $\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}\sqrt{f(x)}=\sqrt{L}$

Chú ý: Định lí 1 vẫn đúng khi $x_n\to +\mathrm{\infty }$ hoặc $x_n\to -\mathrm{\infty }$.

Định lí 2.

$\underset{x\to x_{{}_0}}{lim}f(x)=L$ khi và chỉ khi $\underset{x\to x_{{}_0}^{+}}{lim}$ f(x) = $\underset{x\to x_{{}_0}^{-}}{lim}f(x)=L$.

5. Quy tắc về giới hạn vô cực

a) Quy tắc giới hạn của tích $f(x).g(x)$

+ Nếu $\underset{x\to x_0}{lim}f\left(x\right)=\pm \mathrm{\infty }$ và $\underset{x\to x_0}{lim}g\left(x\right)=L\ne 0$ thì $\underset{x\to x_0}{lim}\left[f\left(x\right).g\left(x\right)\right]$ được cho trong bảng sau:

b) Quy tắc tìm giới hạn của thương $\frac{f(x)}{g(x)}$

+ Nếu $\underset{x\to x_0}{lim}f\left(x\right)=L\ne 0$ và $\underset{x\to x_0}{lim}g\left(x\right)=0$ và $g\left(x\right)>0$ hoặc $g\left(x\right)<0$ với mọi $x\in J\mathrm{\setminus }\left\{x_0\right\}$, trong đó $J$ là một khoảng nào đó chứa $x_0$ thì $\underset{x\to x_0}{lim}\frac{f\left(x\right)}{g\left(x\right)}$ được cho trong bảng sau: