计算极限 lim_(x to +infty) ( sqrt(x^2 + x) - sqrt(x^2 - x) ).
计算极限 $\lim_{x \to +\infty} \left( \sqrt{x^2 + x} - \sqrt{x^2 - x} \right)$.
题目解答
答案
我们要求极限:
$\lim_{x \to +\infty} \left( \sqrt{x^2 + x} - \sqrt{x^2 - x} \right)$
这是一个“无穷大减无穷大”型的不定式,直接代入会得到 $\infty - \infty$,形式不确定,因此需要进行代数变形来化简。
第一步:有理化
我们使用有理化的方法,即乘以共轭表达式:
$\sqrt{x^2 + x} - \sqrt{x^2 - x} = \frac{(\sqrt{x^2 + x} - \sqrt{x^2 - x})(\sqrt{x^2 + x} + \sqrt{x^2 - x})}{\sqrt{x^2 + x} + \sqrt{x^2 - x}}$
分子是平方差公式:
$(\sqrt{x^2 + x})^2 - (\sqrt{x^2 - x})^2 = (x^2 + x) - (x^2 - x) = 2x$
所以原式变为:
$\frac{2x}{\sqrt{x^2 + x} + \sqrt{x^2 - x}}$
现在我们要求:
$\lim_{x \to +\infty} \frac{2x}{\sqrt{x^2 + x} + \sqrt{x^2 - x}}$
第二步:提取主项,化简根号
我们注意到当 $x \to +\infty$ 时,$x^2$ 是主导项,因此可以从根号中提取 $x$。
由于 $x > 0$,所以 $\sqrt{x^2} = x$,我们可以这样处理:
$\sqrt{x^2 + x} = x \sqrt{1 + \frac{1}{x}}, \quad \sqrt{x^2 - x} = x \sqrt{1 - \frac{1}{x}}$
因此分母为:
$\sqrt{x^2 + x} + \sqrt{x^2 - x} = x \left( \sqrt{1 + \frac{1}{x}} + \sqrt{1 - \frac{1}{x}} \right)$
分子是 $2x$,所以整个分式变为:
$\frac{2x}{x \left( \sqrt{1 + \frac{1}{x}} + \sqrt{1 - \frac{1}{x}} \right)} = \frac{2}{\sqrt{1 + \frac{1}{x}} + \sqrt{1 - \frac{1}{x}}}$
第三步:取极限
当 $x \to +\infty$ 时,$\frac{1}{x} \to 0$,所以:
$\sqrt{1 + \frac{1}{x}} \to \sqrt{1} = 1, \quad \sqrt{1 - \frac{1}{x}} \to \sqrt{1} = 1$
因此分母趋于 $1 + 1 = 2$,整个表达式趋于:
$\frac{2}{1 + 1} = 1$
最终答案:
$\boxed{1}$