求极限:lim _(xarrow 0)dfrac ({(1+x))^dfrac (1{x)}-e}(x)
求极限:
题目解答
答案
由上文知,
原式=
又当
时,
.则
.
再对分子分母运用洛必达法则:
∴原式=
=
解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,涉及指数函数的泰勒展开、等价无穷小替换以及洛必达法则的应用。
解题核心思路:
- 将复杂表达式转化为指数形式,利用自然对数与指数函数的转换简化问题。
- 展开关键部分:对分子中的指数部分进行泰勒展开或等价无穷小替换,提取主要项。
- 应用洛必达法则:当分子分母均为无穷小量时,通过多次求导消去不定式,最终化简求解。
破题关键点:
- 识别极限形式:分子为$0$,分母为$0$,属于$\frac{0}{0}$型不定式,可考虑洛必达法则。
- 灵活使用泰勒展开:将$\ln(1+x)$和$e^x$展开到足够高阶,保留有效项。
- 分步化简:通过代数变形将原式转化为更易处理的形式,逐步逼近最终结果。
步骤1:将指数表达式转化为自然对数形式
原式分子为$(1+x)^{1/x} - e$,可改写为:
$(1+x)^{1/x} = e^{\frac{\ln(1+x)}{x}}.$
因此,原式变为:
$\lim_{x \to 0} \frac{e^{\frac{\ln(1+x)}{x}} - e}{x}.$
步骤2:提取公共因子并展开指数项
提取$e$作为公共因子:
$e \cdot \lim_{x \to 0} \frac{e^{\frac{\ln(1+x)}{x} - 1} - 1}{x}.$
令$a(x) = \frac{\ln(1+x)}{x} - 1$,当$x \to 0$时,$a(x) \to 0$,利用泰勒展开$e^a \approx 1 + a + \frac{a^2}{2}$,得:
$e \cdot \lim_{x \to 0} \frac{a(x) + \frac{a(x)^2}{2}}{x}.$
步骤3:展开$\ln(1+x)$并化简$a(x)$
展开$\ln(1+x)$到二阶:
$\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + o(x^2),$
代入$a(x)$得:
$a(x) = \frac{x - \frac{x^2}{2}}{x} - 1 = -\frac{x}{2} + o(x).$
步骤4:代入展开式并化简
将$a(x)$代入原式:
$e \cdot \lim_{x \to 0} \frac{-\frac{x}{2} + \frac{(-\frac{x}{2})^2}{2} + o(x)}{x} = e \cdot \lim_{x \to 0} \left( -\frac{1}{2} + \frac{x}{8} + o(1) \right).$
当$x \to 0$时,高阶小项趋近于$0$,最终结果为:
$-\frac{e}{2}.$