2. 求极限lim_(xto+infty)x(sqrt(1+x^2)-x).
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查无穷大极限的计算技巧,特别是处理形如“∞−∞”型不定式的有理化方法,以及通过分子分母同除以最高次项简化表达式的能力。
解题核心思路:
- 有理化:通过乘以共轭表达式,将原式转化为分式形式,消除“∞−∞”型的不确定性。
- 简化分式:分子分母同除以最高次项$x$,将极限转化为关于$\frac{1}{x}$的表达式,进而利用$\lim_{x \to +\infty} \frac{1}{x} = 0$求解。
破题关键点:
- 识别有理化的必要性:当直接代入$x \to +\infty$导致$\sqrt{1+x^2} - x$趋近于$0$时,需通过有理化放大该部分的量级。
- 分式化简的技巧:通过分子分母同除以$x$,将分母中的$\sqrt{1+x^2}$转化为$\sqrt{1+\frac{1}{x^2}}$,从而简化极限计算。
步骤1:有理化处理
原式为:
$\lim_{x \to +\infty} x\left(\sqrt{1+x^2} - x\right)$
将$\sqrt{1+x^2} - x$乘以共轭表达式$\sqrt{1+x^2} + x$,分子分母同乘:
$\begin{aligned}\lim_{x \to +\infty} x\left(\sqrt{1+x^2} - x\right) &= \lim_{x \to +\infty} \frac{x\left[(\sqrt{1+x^2} - x)(\sqrt{1+x^2} + x)\right]}{\sqrt{1+x^2} + x} \\&= \lim_{x \to +\infty} \frac{x(1+x^2 - x^2)}{\sqrt{1+x^2} + x} \\&= \lim_{x \to +\infty} \frac{x}{\sqrt{1+x^2} + x}.\end{aligned}$
步骤2:分子分母同除以$x$
将分子和分母中的每一项均除以$x$:
$\lim_{x \to +\infty} \frac{\frac{x}{x}}{\frac{\sqrt{1+x^2}}{x} + \frac{x}{x}} = \lim_{x \to +\infty} \frac{1}{\sqrt{1+\frac{1}{x^2}} + 1}.$
步骤3:代入极限计算
当$x \to +\infty$时,$\frac{1}{x^2} \to 0$,因此:
$\sqrt{1+\frac{1}{x^2}} \to \sqrt{1+0} = 1.$
代入得:
$\frac{1}{1 + 1} = \frac{1}{2}.$