题目
7.设f(x),g(x)在点x=0的某邻域内连续,且当x→0时,f(x)与g(x)为等价无穷小,则0时,int_(0)^xf(t)(1-cos t)dt是int_(0)^xt^2g(t)dt的().A. 等价无穷小B. 同阶但非等价无穷小C. 高阶无穷小D. 低阶无穷小
7.设f(x),g(x)在点x=0的某邻域内连续,且当x→0时,f(x)与g(x)为等价无穷小,则0时,$\int_{0}^{x}f(t)(1-\cos t)dt$是$\int_{0}^{x}t^{2}g(t)dt$的().
A. 等价无穷小
B. 同阶但非等价无穷小
C. 高阶无穷小
D. 低阶无穷小
题目解答
答案
B. 同阶但非等价无穷小
解析
本题考查等价无穷小、同阶无穷小、高阶无穷小和低阶无穷小的概念,以及洛必达法则和等价无穷小替换在求极限中的应用。解题的关键思路是通过求两个变上限积分函数之比的极限,根据极限值来判断它们之间的无穷小关系。
- 首先,根据无穷小比较的定义,我们需要求极限$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} f(t)(1 - \cos t)dt}{\int_{0}^{x} t^2 g(t)dt}$。
- 当$x \to 0$时,此极限为$\frac{0}{0}$型,可使用洛必达法则。洛必达法则指出,对于$\frac{0}{0}$型或$\frac{\infty}{\infty}$型的极限$\lim\limits_{x \to a} \frac{F(x)}{G(x)}$,有$\lim\limits_{x \to a} \frac{F(x)}{G(x)} = \lim\limits_{x \to a} \frac{F^\prime(x)}{G^\prime(x)}$(前提是$\lim\limits_{x \to a} \frac{F^\prime(x)}{G^\prime(x)}$存在或为$\infty$)。
- 对分子$\int_{0}^{x} f(t)(1 - \cos t)dt$求导,根据变上限积分求导公式$(\int_{0}^{x} h(t)dt)^\prime = h(x)$,可得$(\int_{0}^{x} f(t)(1 - \cos t)dt)^\prime = f(x)(1 - \cos x)$。
- 对分母$\int_{0}^{x} t^2 g(t)dt$求导,同理可得$(\int_{0}^{x} t^2 g(t)dt)^\prime = x^2 g(x)$。
- 所以$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} f(t)(1 - \cos t)dt}{\int_{0}^{x} t^2 g(t)dt} = \lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)(1 - \cos x)}{x^2 g(x)}$。
- 然后,利用等价无穷小替换简化极限。
- 已知当$x \to 0$时,$1 - \cos x \sim \frac{1}{2}x^2$,且$f(x)$与$g(x)$为等价无穷小,即$\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)} = 1$。
- 将$1 - \cos x$替换为$\frac{1}{2}x^2$,则$\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)(1 - \cos x)}{x^2 g(x)} = \lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x) \cdot \frac{1}{2}x^2}{x^2 g(x)}$。
- 接着,化简极限式子。
- 约去分子分母中的$x^2$,得到$\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x) \cdot \frac{1}{2}}{g(x)} = \frac{1}{2} \lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)}$。
- 最后,根据$\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)} = 1$,可得$\frac{1}{2} \lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)} = \frac{1}{2}$。
- 因为极限值$\frac{1}{2}$为非零常数,根据同阶无穷小的定义:若$\lim\limits_{x \to a} \frac{\alpha(x)}{\beta(x)} = C$($C$为非零常数),则称$\alpha(x)$与$\beta(x)$为同阶无穷小;又因为极限值不为$1$,所以不是等价无穷小。