10. (6.0分) lim_(x to 0) (2^x-1)/(x)= ( )A. ln2B. 2C. 1D. 0
A. ln2
B. 2
C. 1
D. 0
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查指数函数的极限公式及其应用,以及利用导数定义或泰勒展开求解极限的能力。
解题核心思路:
当遇到形如 $\lim_{x \to 0} \frac{a^x - 1}{x}$ 的极限时,可直接应用公式 $\lim_{x \to 0} \frac{a^x - 1}{x} = \ln a$。此外,也可通过导数定义(将极限视为函数在某点的导数)或泰勒展开(将指数函数展开为多项式形式)进行推导。
破题关键点:
- 识别标准极限形式,直接应用公式。
- 若公式记忆模糊,可通过导数定义验证:$\lim_{x \to 0} \frac{f(x) - f(0)}{x} = f'(0)$,其中 $f(x) = 2^x$。
- 或利用泰勒展开将 $2^x$ 展开为 $1 + x \ln 2 + \cdots$,简化后直接求极限。
方法一:直接应用标准极限公式
已知 $\lim_{x \to 0} \frac{a^x - 1}{x} = \ln a$,代入 $a = 2$,得:
$\lim_{x \to 0} \frac{2^x - 1}{x} = \ln 2$
方法二:导数定义法
设 $f(x) = 2^x$,则 $f(0) = 1$。根据导数定义:
$f'(0) = \lim_{x \to 0} \frac{f(x) - f(0)}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{2^x - 1}{x}$
又 $f'(x) = 2^x \ln 2$,因此 $f'(0) = \ln 2$,即原极限为 $\ln 2$。
方法三:泰勒展开法
将 $2^x$ 写成 $e^{x \ln 2}$,展开泰勒级数:
$e^{x \ln 2} = 1 + x \ln 2 + \frac{(x \ln 2)^2}{2!} + \cdots$
因此:
$\frac{2^x - 1}{x} = \frac{(1 + x \ln 2 + \cdots) - 1}{x} = \ln 2 + \frac{x \ln^2 2}{2} + \cdots$
当 $x \to 0$ 时,高阶小项趋近于 $0$,故极限为 $\ln 2$。