(2)lim_(xto+infty)(e^x)/((1+frac(1){x))^x^(2)}·
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,特别是涉及指数函数和自然对数展开的应用。关键在于处理分母$\left(1+\frac{1}{x}\right)^{x^2}$的渐进行为。
解题思路:
- 识别分母的结构:分母可视为$\left[\left(1+\frac{1}{x}\right)^x\right]^x$,当$x \to +\infty$时,$\left(1+\frac{1}{x}\right)^x \approx e$,但需更精确的展开。
- 自然对数转换:通过取对数将分母转化为多项式形式,利用泰勒展开近似计算。
- 化简极限表达式:将分子和分母的指数部分对比,得出最终结果。
破题关键:利用泰勒展开对$\ln\left(1+\frac{1}{x}\right)$进行二阶近似,从而精确计算分母的渐进行为。
设原极限为$L = \lim_{x\to+\infty}\frac{e^{x}}{\left(1+\frac{1}{x}\right)^{x^{2}}}$,步骤如下:
步骤1:分析分母的对数形式
令分母为$y = \left(1+\frac{1}{x}\right)^{x^2}$,取自然对数得:
$\ln y = x^2 \ln\left(1+\frac{1}{x}\right)$
步骤2:泰勒展开近似
当$x \to +\infty$时,$\frac{1}{x}$很小,展开$\ln\left(1+\frac{1}{x}\right)$:
$\ln\left(1+\frac{1}{x}\right) \approx \frac{1}{x} - \frac{1}{2x^2}$
步骤3:代入并化简
将展开式代入$\ln y$:
$\ln y \approx x^2 \left( \frac{1}{x} - \frac{1}{2x^2} \right) = x - \frac{1}{2}$
步骤4:还原分母表达式
对$\ln y$取指数得:
$y \approx e^{x - \frac{1}{2}} = \frac{e^x}{\sqrt{e}}$
步骤5:计算原极限
原式化简为:
$L = \lim_{x\to+\infty} \frac{e^x}{\frac{e^x}{\sqrt{e}}} = \lim_{x\to+\infty} \sqrt{e} = \sqrt{e}$