lim _(x arrow 0)(1+a sin x)^(1)/(x)=
$\lim _{x \rightarrow 0}(1+a \sin x)^{\frac{1}{x}}=$
题目解答
答案
我们要求解以下极限:
$\lim_{x \to 0}(1 + a \sin x)^{\frac{1}{x}}$
第一步:观察极限形式
当 $ x \to 0 $ 时,$\sin x \to 0$,所以 $1 + a \sin x \to 1$。而指数 $\frac{1}{x} \to \infty$(当 $x \to 0^+$)或 $-\infty$(当 $x \to 0^-$)。
因此,这个极限是 1 的无穷次幂 的形式,即 $1^\infty$,这是未定式,需要用一些技巧来处理。
第二步:取自然对数
我们设:
$L = \lim_{x \to 0}(1 + a \sin x)^{\frac{1}{x}}$
对两边取自然对数:
$\ln L = \lim_{x \to 0} \frac{\ln(1 + a \sin x)}{x}$
现在我们来求这个极限。
第三步:使用泰勒展开
我们知道当 $x \to 0$ 时:
- $\sin x \sim x - \frac{x^3}{6} + \cdots$
- $\ln(1 + u) \sim u - \frac{u^2}{2} + \frac{u^3}{3} - \cdots$,当 $u \to 0$
所以:
$\ln(1 + a \sin x) \sim a \sin x - \frac{(a \sin x)^2}{2} + \cdots$
又因为 $\sin x \sim x$,所以:
$\ln(1 + a \sin x) \sim a x - \frac{a^2 x^2}{2} + \cdots$
因此:
$\frac{\ln(1 + a \sin x)}{x} \sim a - \frac{a^2 x}{2} + \cdots$
当 $x \to 0$ 时,后面项趋于 0,所以:
$\ln L = a \quad \Rightarrow \quad L = e^a$
最终答案:
$\boxed{e^a}$
总结:
我们通过取自然对数,将幂的形式转化为一个分式极限,然后使用泰勒展开近似处理,最终得到了结果 $e^a$。
解析
考查要点:本题主要考查1的无穷次幂型极限的求解方法,涉及自然对数的转换、泰勒展开的应用,以及等价无穷小替换的技巧。
解题核心思路:
当遇到形如$\lim_{x \to 0}(1 + f(x))^{\frac{1}{g(x)}}$的极限时,若$f(x) \to 0$且$\frac{1}{g(x)} \to \infty$,可将其转化为自然对数形式,利用泰勒展开或等价无穷小简化计算。
破题关键点:
- 取自然对数将幂函数转化为分式极限;
- 泰勒展开$\ln(1 + a \sin x)$并保留主部项;
- 等价无穷小替换简化表达式,最终求得指数形式。
设原极限为$L = \lim_{x \to 0}(1 + a \sin x)^{\frac{1}{x}}$,步骤如下:
步骤1:取自然对数
对$L$取自然对数:
$\ln L = \lim_{x \to 0} \frac{\ln(1 + a \sin x)}{x}$
步骤2:泰勒展开近似
当$x \to 0$时,$\sin x \sim x$,且$\ln(1 + u) \sim u - \frac{u^2}{2} + \cdots$(其中$u = a \sin x$)。代入得:
$\ln(1 + a \sin x) \sim a \sin x - \frac{(a \sin x)^2}{2} \sim a x - \frac{a^2 x^2}{2}$
步骤3:化简分式极限
将展开式代入$\ln L$的表达式:
$\ln L = \lim_{x \to 0} \frac{a x - \frac{a^2 x^2}{2}}{x} = \lim_{x \to 0} \left( a - \frac{a^2 x}{2} \right) = a$
步骤4:还原指数形式
由$\ln L = a$得:
$L = e^a$