题目
1.3 求极限 lim_(x to 0)((1)/(x)-(1)/(e^x)-1)=()bigcirc 1bigcirc 2bigcirc 0bigcirc(1)/(2)
1.3 求极限 $\lim_{x \to 0}(\frac{1}{x}-\frac{1}{e^{x}-1})$=()
$\bigcirc$ 1
$\bigcirc$ 2
$\bigcirc$ 0
$\bigcirc$$\frac{1}{2}$
题目解答
答案
将原式合并为一个分数:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{(e^x - 1) - x}{x(e^x - 1)}
\]
分子分母求导(洛必达法则):
\[
\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{e^x - 1 + xe^x}
\]
再次求导:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{e^x}{e^x(2 + x)} = \frac{1}{2}
\]
或使用泰勒展开 $e^x \approx 1 + x + \frac{x^2}{2}$:
\[
\frac{1}{x} - \frac{1}{x + \frac{x^2}{2}} \approx \frac{1}{2}
\]
答案:$\boxed{\frac{1}{2}}$
解析
考查要点:本题主要考查极限的计算方法,特别是处理$\frac{0}{0}$型不定式的能力,以及灵活运用洛必达法则或泰勒展开的技巧。
解题核心思路:
- 合并分式:将两个分式通分,转化为分子分母均为无穷小的表达式。
- 应用洛必达法则:对分子分母分别求导,简化极限形式。
- 泰勒展开法:利用$e^x$的泰勒展开式,将表达式展开到适当阶数,直接化简求极限。
破题关键点:
- 识别出合并分式后分子分母均为$\frac{0}{0}$型,确定使用洛必达法则的可行性。
- 注意到泰勒展开法中保留足够的项数(至少到二次项),以保证近似精度。
方法一:洛必达法则
-
合并分式:
原式可写为:
$\lim_{x \to 0} \frac{(e^x - 1) - x}{x(e^x - 1)} = \lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1 - x}{x(e^x - 1)}$
分子和分母在$x \to 0$时均趋近于$0$,属于$\frac{0}{0}$型不定式。 -
第一次洛必达法则:
对分子分母分别求导:- 分子导数:$\frac{d}{dx}(e^x - 1 - x) = e^x - 1$
- 分母导数:$\frac{d}{dx}[x(e^x - 1)] = e^x - 1 + x e^x$
极限变为:
$\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{e^x - 1 + x e^x}$
仍为$\frac{0}{0}$型。
-
第二次洛必达法则:
再次对分子分母求导:- 分子导数:$\frac{d}{dx}(e^x - 1) = e^x$
- 分母导数:$\frac{d}{dx}(e^x - 1 + x e^x) = e^x + e^x + x e^x = 2e^x + x e^x$
极限化简为:
$\lim_{x \to 0} \frac{e^x}{2e^x + x e^x} = \lim_{x \to 0} \frac{1}{2 + x} = \frac{1}{2}$
方法二:泰勒展开
将$e^x$展开到二次项:
$e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2} + o(x^2)$
代入原式:
$\frac{1}{x} - \frac{1}{x + \frac{x^2}{2}} = \frac{1}{x} - \frac{1}{x\left(1 + \frac{x}{2}\right)} \approx \frac{1}{x} - \frac{1}{x}\left(1 - \frac{x}{2}\right) = \frac{1}{x} - \frac{1}{x} + \frac{1}{2} = \frac{1}{2}$