题目
已知当x→0时f(x)=3sinx-sin3x与cxk是等价无穷小,则( ).A. k=1,c=4B. k=1,c=-4C. k=3,c=4D. k=3,c=-4
已知当x→0时f(x)=3sinx-sin3x与cxk是等价无穷小,则( ).
A. k=1,c=4
B. k=1,c=-4
C. k=3,c=4
D. k=3,c=-4
题目解答
答案
C. k=3,c=4
解析
考查要点:本题主要考查等价无穷小的判定方法,涉及泰勒展开或洛必达法则的应用。
解题核心思路:
当$x \to 0$时,若$f(x)$与$cx^k$是等价无穷小,则需满足$\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)}{cx^k} = 1$。
关键步骤:
- 展开$f(x)$:将$f(x) = 3\sin x - \sin 3x$展开为泰勒级数,找到其最低次非零项;
- 确定$k$和$c$:通过比较$f(x)$的主部与$cx^k$的主部,确定$k$和$c$的值。
泰勒展开法
- 展开$\sin x$和$\sin 3x$:
$\sin x = x - \frac{x^3}{6} + \cdots, \quad \sin 3x = 3x - \frac{(3x)^3}{6} + \cdots = 3x - \frac{9x^3}{2} + \cdots$ - 计算$f(x)$:
$f(x) = 3\sin x - \sin 3x = 3\left(x - \frac{x^3}{6}\right) - \left(3x - \frac{9x^3}{2}\right) = 4x^3 + \cdots$ - 比较主部:
$f(x)$的主部为$4x^3$,因此当$k=3$且$c=4$时,$\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)}{cx^k} = 1$。
洛必达法则验证
- 设定极限形式:
$\lim_{x \to 0} \frac{3\sin x - \sin 3x}{cx^3} = 1$ - 三次应用洛必达法则:
- 第一次求导:分子为$3\cos x - 3\cos 3x$,分母为$3cx^2$;
- 第二次求导:分子为$-3\sin x + 9\sin 3x$,分母为$6cx$;
- 第三次求导:分子为$-3\cos x + 27\cos 3x$,分母为$6c$。
- 代入$x=0$:
$\lim_{x \to 0} \frac{-3\cos x + 27\cos 3x}{6c} = \frac{-3 \cdot 1 + 27 \cdot 1}{6c} = \frac{24}{6c} = \frac{4}{c} = 1 \implies c = 4$
综上,$k=3$,$c=4$,对应选项C。