lim_(xtoinfty)((2x-1)/(2x+1))^2x-1=[]A. 1;B. e;C. e^-(1)/(2);D. e^-2.
A. 1;
B. e;
C. $e^{-\frac{1}{2}}$;
D. $e^{-2}$.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,特别是1的∞次方型不定式的处理方法,以及如何将其转化为自然指数形式。
解题核心思路:
- 识别极限类型:当$x \to \infty$时,底数$\frac{2x-1}{2x+1} \to 1$,指数$2x-1 \to \infty$,属于“$1^\infty$”型不定式。
- 变形与近似:将底数表示为$1 + \frac{-2}{2x+1}$,利用极限公式$\lim_{n \to \infty} \left(1 + \frac{a}{n}\right)^n = e^a$。
- 对数转换法:通过取对数将指数部分线性化,结合泰勒展开简化计算。
破题关键点:
- 底数与1的差值:$\frac{2x-1}{2x+1} - 1 = -\frac{2}{2x+1}$,体现底数趋近于1的速度。
- 指数与分母的关联:通过变量替换或直接展开,将指数与分母的比值转化为常数。
步骤1:变形底数
将底数$\frac{2x-1}{2x+1}$改写为:
$\frac{2x-1}{2x+1} = 1 - \frac{2}{2x+1}.$
步骤2:构造自然指数形式
原式可表示为:
$\left(1 - \frac{2}{2x+1}\right)^{2x-1}.$
令$n = 2x+1$,当$x \to \infty$时,$n \to \infty$,且指数$2x-1 = n - 2$。此时表达式变为:
$\left(1 - \frac{2}{n}\right)^{n-2}.$
步骤3:应用极限公式
根据公式$\lim_{n \to \infty} \left(1 + \frac{a}{n}\right)^n = e^a$,当$a = -2$时:
$\lim_{n \to \infty} \left(1 - \frac{2}{n}\right)^n = e^{-2}.$
由于$n-2 \approx n$当$n$很大时,原式极限为:
$e^{-2}.$
步骤4(验证):对数转换法
设原式为$L$,取自然对数:
$\ln L = \lim_{x \to \infty} (2x-1) \ln\left(1 - \frac{2}{2x+1}\right).$
利用泰勒展开$\ln(1 - y) \approx -y$($y = \frac{2}{2x+1}$):
$\ln L \approx \lim_{x \to \infty} (2x-1) \cdot \left(-\frac{2}{2x+1}\right) = \lim_{x \to \infty} \frac{-4x + 2}{2x + 1} = -2.$
因此$L = e^{-2}$。