题目
16.lim_(x to infty )(cos (1)/(x)+sin (1)/(x))^(x)/(2)=____.
16.$\lim_{x \to \infty }(\cos \frac{1}{x}+\sin \frac{1}{x})^{\frac{x}{2}}=____$.
题目解答
答案
为了求解极限 $\lim_{x \to \infty }(\cos \frac{1}{x}+\sin \frac{1}{x})^{\frac{x}{2}}$,我们可以使用自然对数和指数函数的性质来简化问题。下面是一个逐步的解题过程:
1. **取自然对数:**
设 $y = (\cos \frac{1}{x} + \sin \frac{1}{x})^{\frac{x}{2}}$。则,取自然对数得到:
\[
\ln y = \ln \left( (\cos \frac{1}{x} + \sin \frac{1}{x})^{\frac{x}{2}} \right) = \frac{x}{2} \ln \left( \cos \frac{1}{x} + \sin \frac{1}{x} \right).
\]
2. **求极限:**
我们需要求 $\lim_{x \to \infty} \ln y$。这等价于求:
\[
\lim_{x \to \infty} \frac{x}{2} \ln \left( \cos \frac{1}{x} + \sin \frac{1}{x} \right).
\]
令 $u = \frac{1}{x}$。当 $x \to \infty$ 时,$u \to 0$。因此,极限变为:
\[
\lim_{u \to 0} \frac{1}{2u} \ln \left( \cos u + \sin u \right).
\]
3. **使用泰勒展开:**
对于小的 $u$,我们可以使用 $\cos u$ 和 $\sin u$ 的泰勒展开:
\[
\cos u \approx 1 - \frac{u^2}{2}, \quad \sin u \approx u - \frac{u^3}{6}.
\]
因此,
\[
\cos u + \sin u \approx 1 - \frac{u^2}{2} + u - \frac{u^3}{6} \approx 1 + u.
\]
(对于 $u \to 0$,高阶项可以忽略。)
4. **简化对数:**
使用对数的近似 $\ln(1 + v) \approx v$ 对于小的 $v$,我们得到:
\[
\ln \left( \cos u + \sin u \right) \approx \ln(1 + u) \approx u.
\]
所以,极限变为:
\[
\lim_{u \to 0} \frac{1}{2u} \cdot u = \lim_{u \to 0} \frac{1}{2} = \frac{1}{2}.
\]
5. **返回原变量:**
由于 $\ln y \to \frac{1}{2}$ 当 $x \to \infty$,我们有:
\[
y \to e^{\frac{1}{2}} = \sqrt{e}.
\]
因此,原极限的值是 $\boxed{\sqrt{e}}$。