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为什么在差商中必须在取极限之前约去 hh?

必须约去 hh,因为直接将 h=0h=0 代入差商 f(x+h)−f(x)h\frac{f(x+h)-f(x)}{h} 会导致不定式 0/00/0。代数简化(如多项式的展开和约分,或根式的有理化)消除了 h=0h=0 处的奇点,从而允许通过直接代入简化后的表达式来计算极限。

适用条件

  • 函数 ff 在 xx 处可导。
  • 当 h=0h=0 时,差商最初产生 0/00/0 形式。
  • 代数操作对非零 hh 有效。

理解与推导

  1. 识别直接代入 h=0h=0 会得到 0/00/0。
  2. 执行代数简化(展开、因式分解或乘以共轭)。
  3. 从分子和分母中约去公因子 hh。
  4. 计算简化后的表达式当 h→0h \to 0 时的极限。

例子

脚本对 f(x)=x2f(x)=x^2 演示了这一点:“对于非零 h,商变为 2x+h2x+h,其极限是 2x。” 如果不约去 hh,表达式在 h=0h=0 处仍然无定义。

容易误解的地方

  • 认为 0/00/0 等于零或一。
  • 认为可以在简化之前取极限。
  • 假设约分在 h=0h=0 本身有效,而不是对趋近于 0 的非零 hh 有效。

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