题目
当 x to 0 时,sqrt(1 + ax^2) - 1 与 sin x^2 是等价无穷小,求 a 的值。
当 $x \to 0$ 时,$\sqrt{1 + ax^2} - 1$ 与 $\sin x^2$ 是等价无穷小,求 $a$ 的值。
题目解答
答案
解:
$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{\sqrt{1+a x^{2}}-1}{\sin x^{2}}=\lim _{x \rightarrow 0} \frac{\sqrt{1+a x^{2}}-1}{x^{2}}$
洛
$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{2 a x}{2 \sqrt{1+a x^{2}}}$
$=\lim _{x \rightarrow 0} \frac{a}{2 \sqrt{1+a x^{2}}}$
$=\frac{a}{2}=1$
$\therefore a=2$
解析
本题考查等价无穷小的概念以及极限的计算,解题思路是先根据等价无穷小的定义列出极限等式,再利用等价无穷小替换简化极限式子,最后通过洛必达法则或等价无穷小替换求出极限值,进而求得$a$的值。
- 根据等价无穷小的定义列出极限等式:
已知当$x \to 0$时,$\sqrt{1 + ax^2} - 1$与$\sin x^2$是等价无穷小,根据等价无穷小的定义,若$\alpha(x)$与$\beta(x)$是等价无穷小,则$\lim\limits_{x \to x_0} \frac{\alpha(x)}{\beta(x)} = 1$,所以可得$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 + ax^2} - 1}{\sin x^2} = 1$。 - 利用等价无穷小替换简化极限式子:
当$x \to 0$时,$\sin x^2\sim x^2$(等价无穷小替换),则$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 + ax^2} - 1}{\sin x^2}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 + ax^2} - 1}{x^2}$。 - 使用洛必达法则求极限:
此时极限$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 + ax^2} - 1}{x^2}$为$\frac{0}{0}$型,可使用洛必达法则,对分子分母分别求导。
根据求导公式$(\sqrt{u})^\prime=\frac{u^\prime}{2\sqrt{u}}$,对分子$\sqrt{1 + ax^2} - 1$求导得$(\sqrt{1 + ax^2} - 1)^\prime=\frac{2ax}{2\sqrt{1 + ax^2}}$;分母$x^2$的导数为$(x^2)^\prime = 2x$。
所以$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 + ax^2} - 1}{x^2}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{\frac{2ax}{2\sqrt{1 + ax^2}}}{2x}$。 - 化简极限式子并计算极限值:
对$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\frac{2ax}{2\sqrt{1 + ax^2}}}{2x}$进行化简,约去分子分母的$2x$,可得$\lim\limits_{x \to 0} \frac{a}{2\sqrt{1 + ax^2}}$。
将$x = 0$代入$\frac{a}{2\sqrt{1 + ax^2}}$,可得$\frac{a}{2\sqrt{1 + a\times0^2}}=\frac{a}{2}$。 - 求解$a$的值:
因为$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 + ax^2} - 1}{\sin x^2} = 1$,即$\frac{a}{2}=1$,解得$a = 2$。