求极限lim_(x to 0) (sqrt(1+5x) + sqrt(1-5x) - 2)/(x^2).
求极限$\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{1+5x} + \sqrt{1-5x} - 2}{x^2}$.
题目解答
答案
我们要求极限:
$\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{1+5x} + \sqrt{1-5x} - 2}{x^2}$
第一步:观察结构
这个极限的形式是:
$\frac{\text{表达式} - 2}{x^2}$
当 $ x \to 0 $ 时,分子中的两个平方根分别趋近于 1,因此整个分子趋近于 $ 1 + 1 - 2 = 0 $,而分母 $ x^2 \to 0 $,所以这是一个 0/0 型不定式,可以使用洛必达法则或泰勒展开来处理。
第二步:使用泰勒展开法
我们对两个平方根函数在 $ x = 0 $ 处进行泰勒展开(即麦克劳林展开)。
1. 展开 $ \sqrt{1 + 5x} $
我们知道:
$\sqrt{1 + a} = 1 + \frac{a}{2} - \frac{a^2}{8} + \frac{a^3}{16} - \cdots$
令 $ a = 5x $,则:
$\sqrt{1 + 5x} = 1 + \frac{5x}{2} - \frac{(5x)^2}{8} + \cdots = 1 + \frac{5x}{2} - \frac{25x^2}{8} + \cdots$
2. 展开 $ \sqrt{1 - 5x} $
同样地:
$\sqrt{1 - 5x} = 1 - \frac{5x}{2} - \frac{(5x)^2}{8} + \cdots = 1 - \frac{5x}{2} - \frac{25x^2}{8} + \cdots$
第三步:相加并化简分子
将两个展开式相加:
$\sqrt{1 + 5x} + \sqrt{1 - 5x} = \left(1 + \frac{5x}{2} - \frac{25x^2}{8}\right) + \left(1 - \frac{5x}{2} - \frac{25x^2}{8}\right)$
$= 2 - \frac{50x^2}{8} = 2 - \frac{25x^2}{4}$
因此,分子变为:
$\sqrt{1 + 5x} + \sqrt{1 - 5x} - 2 = \left(2 - \frac{25x^2}{4}\right) - 2 = -\frac{25x^2}{4}$
第四步:代入原式
原极限变为:
$\lim_{x \to 0} \frac{-\frac{25x^2}{4}}{x^2} = \lim_{x \to 0} -\frac{25}{4} = -\frac{25}{4}$
✅ 最终答案:
$\boxed{-\frac{25}{4}}$