*(15)lim_(xto0^+)x^sin x.
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计算,涉及变量替换、洛必达法则以及等价无穷小的应用。
解题核心思路:
将原式转化为自然指数形式,利用$\lim_{x \to 0^+} \sin x \ln x$的极限求解。通过洛必达法则处理$\frac{-\infty}{\infty}$型不定式,并结合等价无穷小简化计算。
破题关键点:
- 指数转换:将$x^{\sin x}$写成$e^{\sin x \ln x}$,简化极限形式。
- 洛必达法则:将$\sin x \ln x$转换为$\frac{\ln x}{\csc x}$,满足洛必达法则的条件。
- 等价无穷小:利用$\sin x \sim x$简化极限表达式。
步骤1:指数形式转换
将原式转换为自然指数形式:
$x^{\sin x} = e^{\sin x \ln x}$
因此,原极限等价于求:
$\lim_{x \to 0^+} e^{\sin x \ln x} = e^{\lim_{x \to 0^+} \sin x \ln x}$
步骤2:处理指数部分的极限
考虑$\lim_{x \to 0^+} \sin x \ln x$,当$x \to 0^+$时,$\sin x \to 0$,$\ln x \to -\infty$,属于$0 \cdot (-\infty)$型不定式。将其改写为:
$\lim_{x \to 0^+} \frac{\ln x}{\csc x}$
此时形式为$\frac{-\infty}{\infty}$,可应用洛必达法则。
步骤3:应用洛必达法则
对分子$\ln x$和分母$\csc x$分别求导:
$\frac{d}{dx} (\ln x) = \frac{1}{x}, \quad \frac{d}{dx} (\csc x) = -\csc x \cot x$
因此,极限变为:
$\lim_{x \to 0^+} \frac{\frac{1}{x}}{-\csc x \cot x} = \lim_{x \to 0^+} -\frac{\sin^2 x}{x \cos x}$
步骤4:利用等价无穷小化简
当$x \to 0$时,$\sin x \sim x$,代入得:
$-\frac{x^2}{x \cos x} = -\frac{x}{\cos x}$
当$x \to 0$时,$\cos x \to 1$,故极限为:
$\lim_{x \to 0^+} -\frac{x}{\cos x} = 0$
步骤5:求最终结果
指数部分的极限为$0$,因此原式极限为:
$e^0 = 1$