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文檔簡介
微積分習題答案第2版
第1章要點提示
1.函數(shù)定義:設(shè)。為實數(shù)集R的非空子集,如果對任意的都存在唯一的yeR與
之對應(yīng),則稱y是X的一元函數(shù),通??梢杂脃=/(x)表示,并把X稱為自變量,把y稱
為因變量,自變量的取值范圍稱為函數(shù)的定義域,因變量的取值范圍稱為函數(shù)的值域,分別
記為dom{f}和ran(/),或者簡記為Df和R,。
2.函數(shù)的性質(zhì)
(1)函數(shù)的單調(diào)性
設(shè)/是函數(shù)y=/(x)的定義域中的一個區(qū)間。如果對任意的%,都有
/(^)>/(x2),就稱/(x)在區(qū)間/上單調(diào)遞增,簡稱單增。如果對任意的%>七6/,都有
/a,)</U2),就稱/(x)在區(qū)間/上單調(diào)遞減,簡稱單減。函數(shù)單調(diào)遞增或單調(diào)遞減的性質(zhì)
稱為函數(shù)的單調(diào)性。
(2)函數(shù)奇偶性
設(shè)y=/(x)的定義域。關(guān)于原點對稱,如果對任意xe£),都有/(x)=f(-x),則稱/(x)
為偶函數(shù);如果對任意都有/(x)=-/(-x),則稱/(x)為奇函數(shù)。
(3)函數(shù)周期性
設(shè)y=〃x)為函數(shù)。如果存在正數(shù)T,使得/(x)=/(x+T)對定義域中的任意X成立,則
稱y=/(x)為周期函數(shù),7"是一個周期。
(4)函數(shù)有界性
設(shè)/(x)在。上有定義。若存在常數(shù)M>0使得一切xw£),有則稱/(x)在。
上有界,也稱/(x)是。上的有界函數(shù).
3.基本初等函數(shù)
除了較特殊的常數(shù)函數(shù)y=C外,把微積分中最常見的函數(shù)分為五類,稱為基本初等函
數(shù),包括基函數(shù)y=爐,(〃工0),指數(shù)函數(shù)尸",(〃>0,"1),對數(shù)函數(shù)
y=log“x,(。,三角函數(shù)sinjr,cosx,tanx,cotx,以及反三角函數(shù)
arcsinx,arccosx,arctanx,arccotx。
4.復(fù)合函數(shù)
設(shè)有函數(shù)/3),g(x),則y=/[g(x)]稱為/與g的復(fù)合函數(shù),稱“為中間變量.
5.經(jīng)濟學中常用的函數(shù)
需求量。“是價格P的函數(shù),即Qd=Q,(P),稱為需求函數(shù)“供給量Q,是價格P的函數(shù),
即Q=2(P),稱為供給函數(shù)。
第一章綜合復(fù)習題
1.求下列函數(shù)的定義域:
(1)/(%)=—|3—尤|+2
解:函數(shù)的定義域為(-00,+oo)
4-x2x<0
33
(2)f(x)=+]0<x<1
x+3工>1
解:函數(shù)的定義域為(-00,400)
⑶/(冷=占+7^
解:由,一,解得函數(shù)的定義域為:
x+2>0
[-2,-115-1,D5L+8)
Y—1
(4)/(x)=arcsin
X—1
解:由解得函數(shù)的定義域為:
2
5r—x25x—x2
解:由母丁2即丁"解得函數(shù)的定義域為:
11,4」
2.x—1
arccos----
(6)f(x)=/27
\Jx-x-6
解:解得函數(shù)的定義域為:
[-3,-2]u(3,4]
f2x4-1x>0
2⑴設(shè)"Mx』x<°,求/Cl)和g+D。
2(x—1)+1x-l>0
解:/U-l)=
(X-1)2+4x-l<0
2x+lx>\
x2-2x4-5x<i
2(x+l)+lx+l>0
f(x+l)=
(X+1)2+4x+l<()
2x+3x>-l
+2x+5x<—1
1?1
(2)已知/(%+—)=r+—7,求/(大)。
XX
解:令/=x+Lf(t)=f(x+-)=x2+-^-
XXX
=(x+-)2-2=r-2
X
所以,
/(x)=X2-2
(3)已知/d)=x+GTi(x<0),求/(x)。
X
解:令,=/,/<0,-=x,
xt
/?)=/(g)=x+&+1=:+口+1
1Jl+/1一,1+產(chǎn)
所以,
1—y/l+X2
fM=-------------
X
x
(4)已知/(sin^Xl+cosx,求/(cosx)。
解:由/(sin克=1+cosx=1+1-2sin2^-=2(1-sin2
所以,
f(x)=2(l-x2)
/(cosx)=2(1-cos2x)=2sin2x
3.求下列函數(shù)的反函數(shù):
(1)y=lg(x+2)+l
解:由y—l=lg(x+2),有.X+2=10、T,%=10'-'-2
將上述x和y交換,得y=lg(x+2)=l的反函數(shù)為
y=W-'-2
(2)y=2sin3x
yy1y
解:由彳=sin3x,有3x=arcsiri5,x=-arcsin—,
將上述x和y交換得y=2sin3x的反函數(shù)為
1.x
y=-arcsm—
32
Y
解:由y=有y(2'+D=2',2'(y-l)+y=0,x=log2
2+1
將上述x和y交換得y=—的反函數(shù)為
2V+1
(4)y=arctan(2+3x)
解:由y=arctan(2+3'),有tany=2+3‘,3"=tany-2,x=log3(tany-2),
將上述x和y交換得y=arctan(2+3x)的反函數(shù)為
y=log3(tanx-2)
(5)y
2
解:由V,有2y=ex一一e2x-2yex-\=0,解得x=ln(y++V),
2e
y=\n(x+y/\+x2)
2x+l,x>0
(6)y=
x3,x<0
|2x+l,x>0
解:由y=
Ix3,x<0
當xNO,y=2x+l,W-^y-=x,當%vO,y=x3,有x=g,
2:+l,x2O的反函數(shù)為
將上述X和y交換得y=
yfx,X<0
4.回答下列問題,并對你的回答說明理由:
(1)兩個偶函數(shù)之積一定是偶函數(shù)嗎?
(2)兩個奇函數(shù)之積會有幾種結(jié)果?
(3)有沒有一個既是奇函數(shù)又是偶函數(shù)的函數(shù)?
解:(1)是(2)積為偶函數(shù)(3)考查
5.將下列初等函數(shù)分解成基本初等函數(shù)的復(fù)合或者四則運算
(1)y-,4x-3
解:y=A/M,M=4X-3
(2)y=(l+sinx)5
解:y=/,w=1+sinx
解:y-2",u=arcsinv,v=1+x2
(4)y=y]\n>Jx+2,
解:y=4u,M=InVv,v=2+x
6.若“(x)=4x-5,v(x)=x2,/(%)=-,求下列復(fù)合函數(shù)的解析表達式:
(1)?(v(/(x)))(2)v(w(/(x)))(3)/(M(V(X)))
解:⑴V(/(X))=d)2
X
?(V(/(X)))=4(-)2-5=4-5
XX
14-5%
(2)w(/(x))=4---5=-5-^
xx
V(〃(/(X)))=4^)2
X
(3)w(v(x))=4x2-5
7.設(shè)f(x)是奇函數(shù),g(x)=f(x)±2與h(x)=/(x+2)是否還是奇函數(shù)?
答:都不是。
8.判斷下列函數(shù)的奇偶性,哪個是奇函數(shù)?偶函數(shù)、或是非奇非偶函數(shù)?
(1)f(x)=3x-x\
(2)/(幻=(1—歷)+(1+在),
1—X
(3)/(x)=lg--,
1+x
(4)/(x)=lg(x+Jl+d).
答:(1)奇(2)偶(3)奇(4)奇.
9.對于任一定義在對稱區(qū)間a)上的函數(shù)/(尤),證明:
(I)g(x)=g"(x)+/(-x)】是偶函數(shù);
(2)/z(x)=1[/(x)-/(-x)]是奇函數(shù);
(3)/(x)總可以表示為一個偶函數(shù)與和一個奇函數(shù)之和。
證明:(1)因為g(-x)=;"(-x)+/(x)]=g(x),所以g(x)=g"(x)+/(-x)]是偶函數(shù)。
(2)因為A(-x)=g"(-x)-/*)]=f(x),所以/I(x)=;"*)-/(-x)]是奇函數(shù)。
(3)因為f(x)=—[f(x)+f(—x)]+—[f(x)—f(-x)]=g(x)+h(x)o
T
10.設(shè)函數(shù)y=f(x)是以T>0為周期的周期函數(shù),證明/(辦)是以人為周期的周期函數(shù)。
a
證明:f[a(x+1)]=于(ax+T]=f(cvc)
a
11.設(shè)存在二個實數(shù)a/(av勿使得對任意x,/(x)滿足
f(a-x)=f(a+x)&f(b-x)=f(b+x),試證明:f(x)是以T=2(〃一〃)為周期的周期函數(shù)。
證明:因為
f[x+2(b—a)]=f[b+(x+b-2a)]=f[b-(x+b-2a)]=f(2a—x)
=f[a+(a-x)]=f[a-(a-x)]=/(x)
12.已知/(x)在有定義.如果存在正數(shù)T使得/(x+T)=./'(x)對所有xe(-oo,+oo)
都成立,則稱/(X)是周期函數(shù).試寫出了(X)不是周期函數(shù)的數(shù)學定義.
解:若">05xwR,有/(x+T)w/(x),則y=/(尤)不是周期函數(shù)。
13.證明:/(x)=xcosx不是周期函數(shù)。
證明:反證法。
設(shè)/(x)=xcosx是以7>0為周期的周期函數(shù),則對于任意的實數(shù)x都有
(X+7)cos(x+T)=xcosX
令x=0,得TcosT=0,因止匕有cosT=0?
再令x=得7cos弓+7)=0,因此有sinT=0,矛盾,故/(x)=xcosx不是周期函數(shù)。
14.證明/(x)=,在(0,1)無界.
x
證明:
VM>0,取尤=」_,顯然元£(0,1)(即存在)有
M+I
|/(x)|=+=M+l>M
A7+I
所以/?(%)=,在(0,1)上無界.
X
15.將下列極坐標方程化為直角坐標方程:
(1)rcos0+rsin0=1,
(2)r=(csc^)erc^d.
解:(1)x+y=l
⑵-y
16.將下列直角坐標方程化為極坐標方程:
22
(1)x=7(2)—+—=1
94
(3)x2+(y-2)2=4(4)y2=3x
6
解:⑴r=----⑵'=[、,
cos。J4cos26+9sin~0
sin。
(3)〃=4sin,(4)r=-———
3cos“3
第二章要點提示
1.三個基本無窮?。?1)lim-=0o
rt-?00〃
(2)lim-=0
(3)lim(x-x0)=0
2.無窮小比較定理:
若且g(x)是無窮小,則/(x)也是無窮小。
3.極限的定義
如果lim"(x)-A]=0,則稱當xfr時/(x)的極限是A,也稱當xfT時/(x)收
x—>r
斂于A,記為lim/(x)=A。
x->r
4.極限四則運算法則設(shè)lim/(x)=A,limg(x)=B,則有
(1)lim[f(x)±g(x)]=A±B
(2)limf{x}g{x)=A.B
x->7)
(3)=—(B^O)
-%g(x)B
5.兩個重要極限
「sinx,
(1)lim----=1.
XTOx
(2)lim[1+-
X—>ooX
6.利率、貼現(xiàn)
利息
利率=本,x100%
貼現(xiàn):指為了要在〃年后收取資金A,實際年利率為r,需要現(xiàn)在投資的數(shù)量為
A
(i+/-r
7.函數(shù)的連續(xù)性
如果lim/(%)=/(x0),則稱/(x)在/點連續(xù)。
初等函數(shù)的定義區(qū)間內(nèi)連續(xù)。
如果/(X)在/點不連續(xù),則稱/(X)在/點間斷,X。點稱為間斷點。如果函數(shù)在間
斷點X。的左、右極限都存在但不相等,則X。為第一類間斷點,否則為第二類間斷點。
8.閉區(qū)間上連續(xù)函數(shù)的性質(zhì)
如果/(x)在切上連續(xù),則/(x)在[a,切上有最大值最小值,而且/(x)可以取
到其最大值與最小值之間的一切值。
第二章習題
習題2.1
1.證明以下數(shù)列是無窮小
證明:因為
2
<2--
〃+1n
而是無窮小,由無窮小比較定理,得%=2
L——是無窮小。
n〃+1
(2)Xn=-r^
證明:因為
1
而J=是無窮小,由無窮小比較定理,得七,=71=是無窮小。
J〃+2
(3)xn=+1—y[n
證明:因為
6卜編+后《嘉
而十是無窮小,由無窮小比較定理,得%-6是無窮小。
1二
⑷4=e4"
證明:因為
1三
-i=e4n
\[n
112
而一是無窮小,由無窮小比較定理,得乙=丁屋〃是無窮小。
yjny/n
」sin?
⑸X,
n3
證明:因為
sin
聞=-n73--n
而L是無窮小,由無窮小比較定理,得X,=±sin=是無窮小。
nn3
證明:因為
1+(-1)"^2
2n+1n
而L是無窮小,由無窮小比較定理,4著是無窮小。
得當
n
2.證明以下數(shù)列極限
/八〃一11
(1)lim------=—
〃->°02〃+32
證明:因為
n-\1
2/1+3-22(2〃+3)4〃
而L是無窮小,由無窮小比較定理,得」n」—I-士1是無窮小,
n2〃+32
所以
〃一11
lim
n-?oc2〃+32
n2
(2)lim4^=l
“fgn~+1
證明:因為
11
---<f
號T匯+1n-
1n
而力是無窮小,由無窮小比較定理,得—-—1是無窮小,
nn+1
所以
n2
lim———=1
—n+1
2〃+1
(3)lim----=2
幾+2
證明:因為
〃+2〃+2n
而L是無窮小,由無窮小比較定理,得殳堂-2是無窮小,
n〃+2
所以
lim^^=2
“T8n+2
“、3A/H-23
(4)lim-廣——=—
"T841n+14
證明:因為
3G-231111
4品+144(4\fn+1)166
而3是無窮小,由無窮小比較定理,得純二2—3是無窮小,
4j〃+l4
所以
…4yjn+14
習題2.2
1.證明以下函數(shù)是無窮小
尤2_]
(1)f(x)—+2,x―1
X+1
證明:因為
|/(刈=合+2;工2—1+2(%+1)
X+1X+1
+2x+1?
=--------------=\x
x+l1
而X——1時X+1是無窮小,所以
X2-1
/(光)=+2,x——1是無窮小。
X+1
2
(2)f(x)=,-1,x—>1+
Jx+3
證明:因為xf「,不妨設(shè)九〉0,又
|八刈=A
g
1-Xx-1
77+3(2+77+3)-V3(2+V3)
而X―「時,X—1是無窮小,由無窮小比較定理,有
2
f(x)=,—1,x—是無窮小。
Jx+3
(3)/(x)=cos2%-l,x-0
證明:因為
|/(x)|=|cos2x-l|=|2sin2x|<2x2
而尤―0時/是無窮小,由無窮小比較定理,有
/(%)=cos2x-l,x—>0是無窮小。
2.證明以下函數(shù)是無窮小
/、/?/\2x一2
(1)/(X)=——Z~,X-8
X
證明:因為
2x-2<1
x1X
而X—>00時,一是無窮小,由無窮小比較定理,有
X
/(x)=2x-2x38是無窮小。
X
(2)/(x)=sin--sinx,xfg
x
證明:因為
|/(x)|=sin—?sinx<—
XX
而Xf8時,L是無窮小,由無窮小比較定理,有
X
/(x)=sin-sinx,x->8是無窮小。
x
(3)f(x)=-j=cosx,x—>+oo
ylx
證明:因為
11
|/(x)|=-r=-COSX<
y/Xyfx
1
而是無窮小,由無窮小比較定理,有
yfx
=《
/(x)cosx,無一>+?是無窮小。
?X
3.證明下列極限:
(1)lim(4x+l)=9
x-?2
證明:因為
|(4x+l)-9|=|4(x-2)|
而Xf2時x-2是無窮小,由無窮小比較定理,有當x-2時,(4x+l)—9是無窮小,
所以
Iim(4x+1)=9
Xf2
..l-4x2
⑵hm---------=2
XT」2x4-1
2
證明:因為
1-4%221--2(2x+1)4x2+4x+1
2%+121+12x+l
=|2x+l|=2x—(―g)
而X->一‘時X-]1-4r2
是無窮小,由無窮小比較定理,有當龍-?-一時,一2
222x+l
是無窮小,所以,
i-4x2
lim---------=2
XT,2x+l
2
...1+2x3
(3)hm------「=1
*f82x'
證明:因為
l_1
1+2/
而Xf8時二■是無窮小,由無窮小比較定理,有當Xf8時,二^-1是無窮小,
X2/
所以
1+2*3,
lim
Xf8三L
小「sinx八
(4)hm-尸=0
isy/x
證明:因為
Isinxl1
而時^=是無窮小,
X—>+8由無窮小比較定理,有
winx
當X.”時,竽是無窮小,即
sinx八
lim-
isy/x
3x,x>0
4.設(shè)f(x)=\,證明lim/(x)=0o
5sinx,x<03
證明:因為
limf(x)=lim3x=0
xWx->0+
lim/(x)=lim5sinx=0
I。-X-?0-
所以
lim/(x)=lim/(x)
x^rx^o+
即
lim/(x)=0
.sO
2x-l,x>2
5.設(shè)/(%)"?,證明lim/。)不存在。
廠+3,x<212
證明:因為
lim/(x)=lim2x-1=3
12+12+
lim/(x)=limx2+3=7
.rf2-xf2一
所以limf(x)wlimf\x)
x->2+x->2~
即
lim/(x)不存在
6.證明:
(1)lim(3x+1)=oo
Xf00
證明:只要證明lim---------=0o
0尤+1)
因為I」一而lim—=0,所以,lim―i—=0,
3x+l3xf°(3x+l)
即
lim(3x+l)=oo
(2)lim^y^'oo
13x2-9
x2-9
證明:只要證明lim±—=0。
?3r+9
由Xr3,無妨設(shè)|x-3|<1,于是
x2—9x+3
x2-9
所以,lim上一二0,即
13必+9
lim^^=oo
7x2-9
習題2.3
1.指出下列運算是否正確:
limx
(1)lim——=-^——=oo
—1-xlim(l-jr)
x->\
(2)limxsin—=limxlimsin—=0
A->0xv->0x->0x
(3)lim(—+—H---h—)=lim—d------Flim—=0
"廿nnn?^0°nn-^n
答:(1)一⑶都是錯誤的。因為:
(1)分式極限只有當分母極限不為零時可以應(yīng)用極限運算法則。而該分式分母極限為零。
(2)兩個函數(shù)乘積的極限當兩個函數(shù)極限都存在時等于它們極限的乘積。而極限limsin,不
Xf°X
存在。
(3)有限個函數(shù)和的極限等于它們各自極限的和。
2,求下列極限:
(1)
呵4X*,^+1
2
lim(x-3)0
lim^^XT上
解:_______y==Q
X—6X+1lim(x2+l)~4~
(2)lim(2--+-^)
XT8XX~
解:lim(2--+-!7)=lim2-lim-+lim-^=2-0+0=2
Xf8Xx—?coX—>00XA->0O
(3)limx2sin-
Dx
解:因為limx2=0,sin—<1,所以
x
limx2sin-=0
XT°X
(4)
12x-2
(融)
解:lim^—
32X-2
lim(A2)(x+2)
=4
x->2X-2
x~—3x+2
(5)lim
A->1x-1
[.x~-2>x+2
解:lim-----------,海
fx-1
(x—l)(x—2)
=lim-1
x->lx-1
13
lim()
3
Ill-X1-x
3
解:)(00—00型)
1—X1-x3
..1+x+—3
lim-------------
31-x
x~+九一2
lim
x-?l1-x3
=lim上空a
x-1(1—X)(l+X+X~)
x-sinx
⑺lim---------
f°x+sin九
x-sinx00
解:lim(—型)
18%+sinx00
sinx
=lim----=lim-------=1
XT8SinXX-KO1+0
x
X,n-1
(8)lim-----(加為正整數(shù))
ix-l
解:空)
Ix-1
=lim(xT)(/+1+7+1)
-1x-1
=lim(x'"W+...x+i)
XTl
(9)limQ+4一、
/i->oh.
lim(x+/?)~~r(9型)
解:
2°h0
3x2h+3xh.2+h3
=lim--------------
A->0
=lim(3x2+3xh+h2)
/:->o
=3x2
(10)lim?(Jx+2-Jx+1)
XT+oo
解:limy/x(y/x+2-y[x+l)(0-8型)
XT+00
NX/8開心
=lrim/——/(一型)
Xfwjx+Z+G+I8
[.+1-3
(11)hm/~<=
x*\Jx-2一>/2
「v2x+l-3(9型)
解:hm,~,=
14\JX-2-y/2o
(2x+l)—9Vx-2+V2
lim
.v—>4(x-2)-272x+l+3
.Jx-2+5/22^/2
=2hm-,----=-----
£-4V2%+1+33
1+2+???+
(12)lim,■
"->8n-
tzi..1+H---Hz?..21
解:hm---2--;----=lim——W——=—
I,n"->8n2
3.根據(jù)所給x的各種變化情況,討論函數(shù)的極限:
(1)f(x)=----p,xfO,,xf(T,xf0
1+2;
11
解:X-0+,2'f+oo,/(%)=——rf0,
1+27
-!■1
x-0,2*—>0,f[x)----j——>1,
1+21
因為
limf(x)/limf(x)
XTO'X-?0
所以limf(x)不存在。
x->0
aex~1一2]
(2)f(x)=-------,工―「,刀―「,x-^\
ex~[+1
1
x}
解:x—>r,e~+00,
1
2Cl---2~
/(x)=y=T-
ex~l+11+-i-
2
4、aex~l-1[
fM=-2------1
ex-]+1
若a=-1,有
limf(x)=limf(x)
xfx-?r
所以
lim/(x)=-lo
x->l
若。工一1,有
lim/(x)Hlimf(x)
x-?i+.v->r
所以
lim/'(x)不存在
X->1
4.證明當xfl時,函數(shù)
/(x)=10,00(x-l)2+^Tsin—1—
2(x-l)
是無窮小.
證明:當Xfl時,(X—1)2和正萬都是無窮小,且sin—1—<1,所以,
2(1)
五二Tsin—1一是無窮小,再由無窮小的運算性質(zhì),有當xf1時,函數(shù)
2(x-l)
/(x)=101(X)(x-I)2+Nx-lsin1
2(x-l)
也是無窮小。
5.確定4,〃的值,使下列極限等式成立:
/、x2+OX+2
(1)hm---------=h7
rx-\
尢2+]
(2)lim(------以+加=0
38X+1
Y~zr>-_1_9Y~-4-nx-I-12
解:(1)由lim-——--二b,(存在),且分式上,^的分母為無窮小,所以其分
3X-lX-1
子必是無窮小,即
lim,+辦+2)=1+。+2=0
x->l
所以6Z=—3O
2
/RX-3X+2..(x-l)(x-2)1
b=lim-----------=lim--------------=-1
Ix-1—x-1
,X~+1+1—(X+1)(6LX—h)
(2)由hm(-------ax+/?)=hm[---------——--------J
X+lI00X+l
(1一。)廠+(。一。)%+1+/?
=lim[--------------------------]=0
XT8X+l
且分式(l_")x+S_")x+l+b的分子分母都是多項式,分母是一次式,所以分子的
X+1
二次和一次項系數(shù)都為零,即有1一。=0,b-a=O,從而得
a=l,b=l
6.證明lim不存在。
x->0+4
證明:取怎=(」一)tyn=(——-——尸,則%—0,y〃->0,〃一>8,但
2〃九),冗
2n7V-\——
2
limcos—;==limcos2府=1,limcos—;==limcos(2H7rd■—)=0
/I—>00Jx〃->?不〃廿2
習題2.4
1.求下列極限:
小sin5x
(1)hm-----
io3X
sin5x「sin5x5_5
解:limlim------
XTO3-3
3xXT。5X
(2)limxcotx
xf0
布孔1-cosx..X
用牛:hmxcotx=limx-----=hmcosx-----
x-?ozosinx10sinx
x
=limcosxlim-----=1
Dz°sinx
sin(x2-l)
(3)hrm----------
XTIx-1
蝴..sin(x2-1)..sin(x2-1)/八
解:hm------=lim—彳------(x+1)=2
Ix-1Hx-1
(4)
ioxsinx
的jl-cos2x2sin2x
用牛:hm-------=lim------=2
J。xsinxa。xsinx
一3x-sinx
(5)hm--------
i。3x+sinx
3sinx
m[.3x-sinx「一尤1
解:lim----
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