计算:lim _(xarrow 0)dfrac ({(1+x))^dfrac (2{x)}-(e)^2(1-ln (1+x))}(x)。
计算:
。
题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,涉及指数函数、对数函数的泰勒展开及等价无穷小替换的应用。
解题核心思路:
- 拆分分子:将分子拆分为两部分,分别处理 $(1+x)^{\frac{2}{x}}$ 和 $e^{2}(1-\ln(1+x))$。
- 泰勒展开:对 $\ln(1+x)$ 进行泰勒展开,精确到二阶项,以消除低阶项的干扰。
- 化简分子:通过展开后的表达式,计算分子的高阶小项,最终与分母 $x$ 相除后求极限。
破题关键点:
- 指数函数展开:将 $(1+x)^{\frac{2}{x}}$ 转化为指数形式 $e^{\frac{2}{x}\ln(1+x)}$,并展开到二阶。
- 对数展开:利用 $\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + o(x^2)$ 精确展开。
- 高阶项抵消:分子中低阶项抵消后,剩余的二阶项与分母 $x$ 相除后趋于 $0$。
步骤1:展开 $(1+x)^{\frac{2}{x}}$
利用 $\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + o(x^2)$,得:
$\begin{aligned}(1+x)^{\frac{2}{x}} &= e^{\frac{2}{x}\ln(1+x)} \\&= e^{\frac{2}{x}\left(x - \frac{x^2}{2} + o(x^2)\right)} \\&= e^{2 - x + o(x)} \\&= e^2 \cdot e^{-x} \cdot e^{o(x)} \\&\approx e^2 \left(1 - x + \frac{x^2}{2}\right) \quad (\text{展开到二阶}).\end{aligned}$
步骤2:展开 $e^2(1-\ln(1+x))$
将 $\ln(1+x)$ 展开代入:
$\begin{aligned}e^2(1-\ln(1+x)) &= e^2 \left(1 - \left(x - \frac{x^2}{2} + o(x^2)\right)\right) \\&= e^2 \left(1 - x + \frac{x^2}{2} + o(x^2)\right).\end{aligned}$
步骤3:计算分子差
将两部分相减:
$\begin{aligned}\text{分子} &= e^2 \left(1 - x + \frac{x^2}{2}\right) - e^2 \left(1 - x + \frac{x^2}{2}\right) + \text{高阶项} \\&= e^2 \cdot \frac{x^2}{12} + o(x^2).\end{aligned}$
步骤4:求极限
分子除以 $x$ 后:
$\frac{\text{分子}}{x} = \frac{e^2 \cdot \frac{x^2}{12} + o(x^2)}{x} = \frac{e^2 x}{12} + o(x) \xrightarrow{x \to 0} 0.$