题目
【1997-1 3分】lim_(xto0)(3sin x+x^2cosfrac(1)/(x))((1+cos x)ln(1+x))=_.
【1997-1 3分】$\lim_{x\to0}\frac{3\sin x+x^{2}\cos\frac{1}{x}}{(1+\cos x)\ln(1+x)}=\_.$
题目解答
答案
利用等价无穷小替换:
- 当 $x \to 0$ 时,$\sin x \sim x$,$\ln(1+x) \sim x$,$\cos x \to 1$。
- 分子 $3\sin x + x^2\cos\frac{1}{x} \sim 3x + x^2\cos\frac{1}{x}$,其中 $x^2\cos\frac{1}{x}$ 是高阶无穷小,可忽略。
- 分母 $(1+\cos x)\ln(1+x) \sim 2x$。
原极限化简为:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{3x + x^2\cos\frac{1}{x}}{2x} = \lim_{x \to 0} \left(\frac{3}{2} + \frac{x\cos\frac{1}{x}}{2}\right) = \frac{3}{2} + 0 = \frac{3}{2}
\]
答案:$\boxed{\frac{3}{2}}$
解析
本题考查函数极限的计算,解题思路是利用等价无穷小替换简化原式,再结合高阶无穷小的性质和极限运算法则求解。
- 等价无穷小替换:
- 当$x \to 0$时,根据等价无穷小的知识可知$\sin x \sim x$,$\ln(1 + x) \sim x$,同时$\cos x$的极限为$\lim_{x \to 0} \cos x = 1$。
- 对于原式分子$3\sin x + x^2\cos\frac{1}{x}$,利用$\sin x \sim x$进行替换,可得$3\sin x + x^2\cos\frac{1}{x} \sim 3x + x^2\cos\frac{1}{x}$。
- 对于原式分母$(1 + \cos x)\ln(1 + x)$,因为$\lim_{x \to 0} \cos x = 1$,所以$1 + \cos x$在$x \to 0$时趋近于$2$,再结合$\ln(1 + x) \sim x$,可得$(1 + \cos x)\ln(1 + x) \sim 2x$。
- 化简极限式子:
- 经过等价无穷小替换后,原极限$\lim_{x\to0}\frac{3\sin x+x^{2}\cos\frac{1}{x}}{(1+\cos x)\ln(1+x)}$可化简为$\lim_{x \to 0} \frac{3x + x^2\cos\frac{1}{x}}{2x}$。
- 拆分极限式子并计算:
- 将$\lim_{x \to 0} \frac{3x + x^2\cos\frac{1}{x}}{2x}$拆分为$\lim_{x \to 0} \left(\frac{3x}{2x} + \frac{x^2\cos\frac{1}{x}}{2x}\right)=\lim_{x \to 0} \left(\frac{3}{2} + \frac{x\cos\frac{1}{x}}{2}\right)$。
- 根据极限的加法法则$\lim_{x \to a}(f(x)+g(x))=\lim_{x \to a}f(x)+\lim_{x \to a}g(x)$,可得$\lim_{x \to 0} \left(\frac{3}{2} + \frac{x\cos\frac{1}{x}}{2}\right)=\lim_{x \to 0} \frac{3}{2} + \lim_{x \to 0} \frac{x\cos\frac{1}{x}}{2}$。
- 因为$\frac{3}{2}$为常数,所以$\lim_{x \to 0} \frac{3}{2} = \frac{3}{2}$。
- 对于$\lim_{x \to 0} \frac{x\cos\frac{1}{x}}{2}$,由于$\cos\frac{1}{x}$是有界函数,即$\vert\cos\frac{1}{x}\vert\leqslant 1$,而$\lim_{x \to 0} x = 0$,根据有界函数与无穷小的乘积仍为无穷小,可得$\lim_{x \to 0} x\cos\frac{1}{x} = 0$,那么$\lim_{x \to 0} \frac{x\cos\frac{1}{x}}{2} = \frac{1}{2} \times 0 = 0$。
- 所以$\lim_{x \to 0} \frac{3}{2} + \lim_{x \to 0} \frac{x\cos\frac{1}{x}}{2}=\frac{3}{2} + 0 = \frac{3}{2}$。