求极限underset(lim)(x→0)(((a)^x+(b)^x+(c)^x)/(3)){}^(1)/(x)(a>0,b>0,c>0)
题目解答
答案
=$\underset{lim}{x→0}$(1+$\frac{{a}^{x}+{b}^{x}+{c}^{x}-3}{3}$)${}^{\frac{3}{{a}^{x}+{b}^{x}+{c}^{x}-3}•\frac{{a}^{x}+{b}^{x}+{c}^{x}-3}{3x}}$,
∵$\underset{lim}{x→0}\frac{{a}^{x}+{b}^{x}+{c}^{x}-3}{3x}$=$\underset{lim}{x→0}\frac{lna+lnb+lnc}{3}$,
$\underset{lim}{x→0}$(1+$\frac{{a}^{x}+{b}^{x}+{c}^{x}-3}{3}$)${}^{\frac{3}{{a}^{x}+{b}^{x}+{c}^{x}-3}}$=e,
∴$\underset{lim}{x→0}$($\frac{{a}^{x}+{b}^{x}+{c}^{x}}{3}$)${}^{\frac{1}{x}}$=e${}^{\frac{lna+lnb+lnc}{3}}$.
解析
考查要点:本题主要考查指数函数的极限计算,特别是处理形如$1^\infty$型未定式的极限问题。需要灵活运用重要极限公式和泰勒展开或洛必达法则来简化计算。
解题核心思路:
- 变形构造重要极限:将原式转化为$(1 + kx)^{1/(kx)}$的形式,利用$\lim_{x \to 0}(1 + kx)^{1/(kx)} = e$。
- 泰勒展开或洛必达法则:对分子$a^x + b^x + c^x - 3$进行展开,或对对数后的表达式求导,找到指数部分的极限值。
破题关键点:
- 识别未定式类型:原式为$1^\infty$型,需通过变形转化为指数函数与对数的结合形式。
- 正确拆分指数:通过调整分子分母,分离出重要极限的底数和指数部分。
步骤1:构造重要极限形式
将原式改写为:
$\lim_{x \to 0} \left(1 + \frac{a^x + b^x + c^x - 3}{3}\right)^{\frac{3}{a^x + b^x + c^x - 3} \cdot \frac{a^x + b^x + c^x - 3}{3x}}.$
此时底数部分趋近于$1$,指数部分包含$\frac{a^x + b^x + c^x - 3}{3x}$。
步骤2:计算指数部分的极限
对$\frac{a^x + b^x + c^x - 3}{3x}$应用泰勒展开:
$a^x = 1 + x \ln a + o(x), \quad b^x = 1 + x \ln b + o(x), \quad c^x = 1 + x \ln c + o(x).$
相加后得:
$a^x + b^x + c^x - 3 = x (\ln a + \ln b + \ln c) + o(x).$
因此:
$\lim_{x \to 0} \frac{a^x + b^x + c^x - 3}{3x} = \frac{\ln a + \ln b + \ln c}{3}.$
步骤3:结合重要极限结果
底数部分$\left(1 + \frac{a^x + b^x + c^x - 3}{3}\right)^{\frac{3}{a^x + b^x + c^x - 3}}$的极限为$e$,最终结果为:
$e^{\frac{\ln a + \ln b + \ln c}{3}} = (abc)^{\frac{1}{3}}.$