题目
(1992)lim_(xto0)(e^x-sin x-1)/(1-sqrt(1-x^2))
(1992)$\lim_{x\to0}\frac{e^{x}-\sin x-1}{1-\sqrt{1-x^{2}}}$
题目解答
答案
利用泰勒展开近似:
- $e^x \approx 1 + x + \frac{x^2}{2}$,
- $\sin x \approx x$,
- $\sqrt{1 - x^2} \approx 1 - \frac{x^2}{2}$。
代入原式:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{(1 + x + \frac{x^2}{2}) - x - 1}{1 - (1 - \frac{x^2}{2})} = \lim_{x \to 0} \frac{\frac{x^2}{2}}{\frac{x^2}{2}} = 1.
\]
或使用洛必达法则:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{e^x - \cos x}{\frac{x}{\sqrt{1 - x^2}}} = \lim_{x \to 0} \frac{e^x + \sin x}{1} = 1.
\]
答案:$\boxed{1}$
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。需要熟练掌握泰勒展开或洛必达法则的应用。
解题核心思路:
- 泰勒展开法:将分子和分母中的函数展开到足够阶数,约去高阶无穷小后直接计算极限。
- 洛必达法则:对分子和分母分别求导,化简后求极限。
破题关键点:
- 分子中的$e^x$和$\sin x$展开到二次项,分母中的$\sqrt{1-x^2}$展开到二次项,可快速化简表达式。
- 若使用洛必达法则,需注意分母求导后的化简技巧,避免重复求导增加计算复杂度。
方法一:泰勒展开法
-
展开分子:
- $e^x \approx 1 + x + \frac{x^2}{2}$
- $\sin x \approx x$
- 分子化简为:
$e^x - \sin x -1 \approx \left(1 + x + \frac{x^2}{2}\right) - x -1 = \frac{x^2}{2}$
-
展开分母:
- $\sqrt{1 - x^2} \approx 1 - \frac{x^2}{2}$
- 分母化简为:
$1 - \sqrt{1 - x^2} \approx 1 - \left(1 - \frac{x^2}{2}\right) = \frac{x^2}{2}$
-
代入原式:
$\lim_{x \to 0} \frac{\frac{x^2}{2}}{\frac{x^2}{2}} = 1$
方法二:洛必达法则
-
第一次求导:
- 分子导数:$\frac{d}{dx}(e^x - \sin x -1) = e^x - \cos x$
- 分母导数:$\frac{d}{dx}\left(1 - \sqrt{1 - x^2}\right) = \frac{x}{\sqrt{1 - x^2}}$
-
化简后极限:
$\lim_{x \to 0} \frac{e^x - \cos x}{\frac{x}{\sqrt{1 - x^2}}}$ -
近似化简分母:
- 当$x \to 0$时,$\sqrt{1 - x^2} \approx 1$,分母近似为$x$。
- 分子展开:$e^x \approx 1 + x$,$\cos x \approx 1 - \frac{x^2}{2}$,故分子近似为$x + \frac{x^2}{2}$。
-
最终化简:
$\lim_{x \to 0} \frac{x + \frac{x^2}{2}}{x} = \lim_{x \to 0} \left(1 + \frac{x}{2}\right) = 1$