题目
求lim _(xarrow 0)(dfrac (1)({sin )^2x}-dfrac (1)({x)^2}).
求.
题目解答
答案
1.首先,我们要观察这个极限的形式。当x趋近于0时,和
都趋近于
,所以这是一个
型的不定式。
2.其次,我们要知道如何消除这种不定式。一种常用的方法是先通分
变为0/0型,再根据等价无穷小得到
3.然后,此时式子为0/0型,一种常用的方法是洛必达法则,即如果是一个0/0型或无穷/无穷型的不定式,那么
,前提是右边的极限存在或为无穷大。
我们要求出分子和分母的导数。由于
,所以
利用三角恒等式sin2x=2sinxcosx,将分母化简为sin2x。
之后再次利用洛必达,可得
之后再次利用等价无穷小,可得
4.最后,我们要求出最终的极限值。约掉分子分母的x,可得
全部计算过程如下:
解析
步骤 1:观察极限形式
当$x$趋近于$0$时,$\dfrac {1}{{\sin }^{2}x}$和$\dfrac {1}{{x}^{2}}$都趋近于无穷大,所以这是一个∞-∞型的不定式。
步骤 2:通分
将极限表达式通分,得到$\lim _{x\rightarrow 0}(\dfrac {1}{{\sin }^{2}x}-\dfrac {1}{{x}^{2}})=\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {{x}^{2}-{\sin }^{2}x}{{x}^{2}{\sin }^{2}x}$,此时表达式变为0/0型。
步骤 3:利用等价无穷小
利用等价无穷小$\sin x\sim x$,将分母化简为$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {{x}^{2}-{\sin }^{2}x}{{x}^{4}}$。
步骤 4:应用洛必达法则
由于此时式子为0/0型,应用洛必达法则,求出分子和分母的导数。分子的导数为$2x-2\sin x\cos x$,分母的导数为$4{x}^{3}$,所以$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {{x}^{2}-{\sin }^{2}x}{{x}^{4}}=\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {2x-2\sin x\cos x}{4{x}^{3}}$。
步骤 5:化简并再次应用洛必达法则
利用三角恒等式$\sin 2x=2\sin x\cos x$,将分母化简为$\sin 2x$。之后再次应用洛必达法则,可得$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {2x-\sin 2x}{4{x}^{3}}=\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {2-2\cos 2x}{12{x}^{2}}=\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {4\sin 2x}{24x}$。
步骤 6:利用等价无穷小
利用等价无穷小$\sin x\sim x$,可得$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {4\sin 2x}{24x}=\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {8x}{24x}$。
步骤 7:求出最终的极限值
约掉分子分母的$x$,可得$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {8x}{24x}=\dfrac {1}{3}$。
当$x$趋近于$0$时,$\dfrac {1}{{\sin }^{2}x}$和$\dfrac {1}{{x}^{2}}$都趋近于无穷大,所以这是一个∞-∞型的不定式。
步骤 2:通分
将极限表达式通分,得到$\lim _{x\rightarrow 0}(\dfrac {1}{{\sin }^{2}x}-\dfrac {1}{{x}^{2}})=\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {{x}^{2}-{\sin }^{2}x}{{x}^{2}{\sin }^{2}x}$,此时表达式变为0/0型。
步骤 3:利用等价无穷小
利用等价无穷小$\sin x\sim x$,将分母化简为$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {{x}^{2}-{\sin }^{2}x}{{x}^{4}}$。
步骤 4:应用洛必达法则
由于此时式子为0/0型,应用洛必达法则,求出分子和分母的导数。分子的导数为$2x-2\sin x\cos x$,分母的导数为$4{x}^{3}$,所以$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {{x}^{2}-{\sin }^{2}x}{{x}^{4}}=\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {2x-2\sin x\cos x}{4{x}^{3}}$。
步骤 5:化简并再次应用洛必达法则
利用三角恒等式$\sin 2x=2\sin x\cos x$,将分母化简为$\sin 2x$。之后再次应用洛必达法则,可得$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {2x-\sin 2x}{4{x}^{3}}=\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {2-2\cos 2x}{12{x}^{2}}=\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {4\sin 2x}{24x}$。
步骤 6:利用等价无穷小
利用等价无穷小$\sin x\sim x$,可得$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {4\sin 2x}{24x}=\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {8x}{24x}$。
步骤 7:求出最终的极限值
约掉分子分母的$x$,可得$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {8x}{24x}=\dfrac {1}{3}$。