lim_(xto0^+)(x^sinx-(sinx)^x)/(x^3)lnx
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,涉及指数函数的泰勒展开、等价无穷小替换以及分式化简技巧。
解题核心思路:
- 指数函数转换:将分子中的$x^{\sin x}$和$(\sin x)^x$转换为自然指数形式,便于利用等价无穷小展开。
- 等价无穷小替换:利用$e^u - e^v \sim e^v(u - v)$(当$u, v \to 0$)简化分子表达式。
- 泰勒展开:对$\sin x$和$\ln \sin x$进行泰勒展开,进一步化简分子中的差项。
- 分式化简:将分子与分母的高阶无穷小进行对比,消去高阶项,最终求得极限值。
破题关键点:
- 识别指数函数的展开形式,将问题转化为对指数差的处理。
- 灵活应用等价无穷小替换,简化复杂的表达式。
- 准确展开$\sin x$和$\ln \sin x$的泰勒多项式,确保展开项的阶数足够高以消除低阶干扰项。
步骤1:转换指数形式
将分子中的两个项改写为自然指数形式:
$x^{\sin x} = e^{\sin x \ln x}, \quad (\sin x)^x = e^{x \ln \sin x}$
步骤2:应用等价无穷小替换
当$x \to 0^+$时,$\sin x \ln x \to 0$且$x \ln \sin x \to 0$,因此:
$e^{\sin x \ln x} - e^{x \ln \sin x} \sim e^{x \ln \sin x} \left( \sin x \ln x - x \ln \sin x \right)$
步骤3:近似$e^{x \ln \sin x}$
由于$x \ln \sin x \to 0$,故$e^{x \ln \sin x} \to 1$,分子近似为:
$\sin x \ln x - x \ln \sin x$
步骤4:展开$\sin x$和$\ln \sin x$
利用泰勒展开:
$\sin x = x - \frac{x^3}{6} + o(x^3), \quad \ln \sin x = \ln x - \frac{x^2}{6} + o(x^2)$
代入分子表达式:
$\begin{aligned}\sin x \ln x - x \ln \sin x &\sim \left( x - \frac{x^3}{6} \right) \ln x - x \left( \ln x - \frac{x^2}{6} \right) \\&= x \ln x - \frac{x^3}{6} \ln x - x \ln x + \frac{x^3}{6} \\&= -\frac{x^3}{6} \ln x + \frac{x^3}{6}\end{aligned}$
步骤5:化简分式
原式化简为:
$\lim_{x \to 0^+} \frac{-\frac{x^3}{6} (\ln x - 1)}{x^3 \ln x} = -\frac{1}{6} + \lim_{x \to 0^+} \frac{1}{6 \ln x}$
步骤6:计算剩余极限
当$x \to 0^+$时,$\ln x \to -\infty$,故$\frac{1}{6 \ln x} \to 0$,最终结果为:
$-\frac{1}{6}$