当x→0时,下列无穷小量与x不等价的是( )A. x-x2B. ex-2x3-1C. (ln(1+x^2))/(x)D. sin(x+sinx)
A. x-x2
B. ex-2x3-1
C. $\frac{ln(1+x^{2})}{x}$
D. sin(x+sinx)
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查无穷小量的等价性判断,需要掌握常见函数的泰勒展开式,并能通过展开式比较不同无穷小量的阶数。
解题核心思路:
当$x \to 0$时,两个无穷小量$\alpha(x)$和$\beta(x)$等价的充要条件是$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\alpha(x)}{\beta(x)} = 1$。因此,需将每个选项展开为泰勒多项式,保留到足够阶数,判断其主部是否与$x$的主部相同。
破题关键点:
- 泰勒展开:对每个选项中的函数进行泰勒展开,保留到$x$的最低次项。
- 主部比较:若展开后的主部为$kx$($k \neq 0$),则与$x$等价;若主部为更高阶项或系数不为1,则不等价。
选项分析
A. $x - x^2$
展开:$x - x^2 = x(1 - x)$。
当$x \to 0$时,$x^2$是比$x$高阶的无穷小,故$x - x^2 \approx x$,主部为$x$,与$x$等价。
B. $e^x - 2x^3 - 1$
展开$e^x$:
$e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} + o(x^3).$
代入得:
$e^x - 1 - 2x^3 = x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} - 2x^3 + o(x^3) = x + \frac{x^2}{2} - \frac{11x^3}{6} + o(x^3).$
主部为$x$,与$x$等价。
C. $\frac{\ln(1+x^2)}{x}$
展开$\ln(1+x^2)$:
$\ln(1+x^2) = x^2 - \frac{x^4}{2} + o(x^4).$
代入得:
$\frac{\ln(1+x^2)}{x} = \frac{x^2}{x} - \frac{x^4}{2x} + o(x^3) = x - \frac{x^3}{2} + o(x^3).$
主部为$x$,与$x$等价。
D. $\sin(x + \sin x)$
展开$\sin x$:
$\sin x = x - \frac{x^3}{6} + o(x^3).$
代入内部得:
$x + \sin x = x + \left(x - \frac{x^3}{6}\right) + o(x^3) = 2x - \frac{x^3}{6} + o(x^3).$
再展开外层$\sin(u)$(令$u = 2x - \frac{x^3}{6}$):
$\sin u = u - \frac{u^3}{6} + o(u^3).$
代入$u$并展开:
$\begin{aligned}\sin\left(2x - \frac{x^3}{6}\right) &= \left(2x - \frac{x^3}{6}\right) - \frac{(2x)^3}{6} + o(x^3) \\&= 2x - \frac{x^3}{6} - \frac{8x^3}{6} + o(x^3) \\&= 2x - \frac{9x^3}{6} + o(x^3) \\&= 2x - \frac{3x^3}{2} + o(x^3).\end{aligned}$
主部为$2x$,与$x$的比值为$2$,故不等价。