题目
7 (2021江苏)设lim_(xtoinfty)xln(1+(k)/(x))=lim_(xto0)(sin3x)/(x),则常数k=____
7 (2021江苏)设$\lim_{x\to\infty}xln(1+\frac{k}{x})=\lim_{x\to0}\frac{\sin3x}{x}$,则常数k=____
题目解答
答案
为了解决给定的问题,我们需要评估等式两边的极限,然后找到常数 $ k $ 的值。
等式是:
\[
\lim_{x \to \infty} x \ln \left(1 + \frac{k}{x}\right) = \lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x}
\]
首先,我们来评估等式的右边:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x}
\]
我们可以使用已知的极限 $\lim_{u \to 0} \frac{\sin u}{u} = 1$。为了使用这个极限,我们可以将表达式重写为:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x} = \lim_{x \to 0} 3 \cdot \frac{\sin 3x}{3x} = 3 \cdot \lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{3x} = 3 \cdot 1 = 3
\]
因此,等式的右边等于 3。
接下来,我们来评估等式的左边:
\[
\lim_{x \to \infty} x \ln \left(1 + \frac{k}{x}\right)
\]
为了简化这个极限,我们可以使用对于小 $ y $ 的近似 $\ln(1 + y) \approx y$。当 $ x \to \infty $ 时,$\frac{k}{x} \to 0$,因此我们可以使用这个近似:
\[
\ln \left(1 + \frac{k}{x}\right) \approx \frac{k}{x}
\]
将这个近似代入极限中,我们得到:
\[
\lim_{x \to \infty} x \ln \left(1 + \frac{k}{x}\right) \approx \lim_{x \to \infty} x \cdot \frac{k}{x} = \lim_{x \to \infty} k = k
\]
因此,等式的左边等于 $ k $。
由于等式的两边相等,我们有:
\[
k = 3
\]
因此,常数 $ k $ 的值是 $\boxed{3}$。
解析
步骤 1:评估等式的右边
\[
\lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x}
\]
使用已知的极限 $\lim_{u \to 0} \frac{\sin u}{u} = 1$,我们可以将表达式重写为:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x} = \lim_{x \to 0} 3 \cdot \frac{\sin 3x}{3x} = 3 \cdot \lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{3x} = 3 \cdot 1 = 3
\]
因此,等式的右边等于 3。
步骤 2:评估等式的左边
\[
\lim_{x \to \infty} x \ln \left(1 + \frac{k}{x}\right)
\]
当 $ x \to \infty $ 时,$\frac{k}{x} \to 0$,因此我们可以使用近似 $\ln(1 + y) \approx y$:
\[
\ln \left(1 + \frac{k}{x}\right) \approx \frac{k}{x}
\]
将这个近似代入极限中,我们得到:
\[
\lim_{x \to \infty} x \ln \left(1 + \frac{k}{x}\right) \approx \lim_{x \to \infty} x \cdot \frac{k}{x} = \lim_{x \to \infty} k = k
\]
因此,等式的左边等于 $ k $。
步骤 3:求解常数 $ k $
由于等式的两边相等,我们有:
\[
k = 3
\]
\[
\lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x}
\]
使用已知的极限 $\lim_{u \to 0} \frac{\sin u}{u} = 1$,我们可以将表达式重写为:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x} = \lim_{x \to 0} 3 \cdot \frac{\sin 3x}{3x} = 3 \cdot \lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{3x} = 3 \cdot 1 = 3
\]
因此,等式的右边等于 3。
步骤 2:评估等式的左边
\[
\lim_{x \to \infty} x \ln \left(1 + \frac{k}{x}\right)
\]
当 $ x \to \infty $ 时,$\frac{k}{x} \to 0$,因此我们可以使用近似 $\ln(1 + y) \approx y$:
\[
\ln \left(1 + \frac{k}{x}\right) \approx \frac{k}{x}
\]
将这个近似代入极限中,我们得到:
\[
\lim_{x \to \infty} x \ln \left(1 + \frac{k}{x}\right) \approx \lim_{x \to \infty} x \cdot \frac{k}{x} = \lim_{x \to \infty} k = k
\]
因此,等式的左边等于 $ k $。
步骤 3:求解常数 $ k $
由于等式的两边相等,我们有:
\[
k = 3
\]