当x arrow 0时,1 - cos x与x^2的关系是()A. 同阶无穷小B. 低阶无穷小C. 高阶无穷小D. 等价无穷小
A. 同阶无穷小
B. 低阶无穷小
C. 高阶无穷小
D. 等价无穷小
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查无穷小量的阶数比较,需要掌握泰勒展开式或等价无穷小替换的方法。
解题核心思路:
通过展开$\cos x$的泰勒级数,将$1 - \cos x$表示为$x^2$的多项式形式,比较其与$x^2$的主部项,从而判断两者的阶数关系。
破题关键点:
- 泰勒展开:$\cos x$在$x=0$处的展开式为$\cos x = 1 - \frac{x^2}{2} + \frac{x^4}{24} - \cdots$。
- 主部项提取:$1 - \cos x$的主部项为$\frac{x^2}{2}$,与$x^2$的系数比为常数$\frac{1}{2}$,说明两者为同阶无穷小。
步骤1:展开$\cos x$的泰勒级数
$\cos x$在$x=0$处的泰勒展开式为:
$\cos x = 1 - \frac{x^2}{2} + \frac{x^4}{24} - \cdots$
步骤2:计算$1 - \cos x$
将展开式代入得:
$1 - \cos x = 1 - \left(1 - \frac{x^2}{2} + \frac{x^4}{24} - \cdots\right) = \frac{x^2}{2} - \frac{x^4}{24} + \cdots$
步骤3:忽略高阶无穷小
当$x \to 0$时,高阶项(如$\frac{x^4}{24}$)可忽略,因此:
$1 - \cos x \approx \frac{x^2}{2}$
步骤4:比较阶数
$\frac{x^2}{2}$与$x^2$的比值为$\frac{1}{2}$,即两者为同阶无穷小。
步骤5:验证极限
计算极限:
$\lim_{x \to 0} \frac{1 - \cos x}{x^2} = \lim_{x \to 0} \frac{\frac{x^2}{2} - \frac{x^4}{24} + \cdots}{x^2} = \lim_{x \to 0} \left(\frac{1}{2} - \frac{x^2}{24} + \cdots\right) = \frac{1}{2}$
由于极限为非零常数,进一步确认两者为同阶无穷小。