(16) lim _(xarrow infty )((dfrac {x-1)(x+1))}^x ;

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查极限的计算方法,特别是涉及指数函数的极限处理。需要掌握重要极限公式的应用,以及通过变量替换或对数转换将复杂形式转化为标准形式的能力。
解题核心思路:
- 识别形式:题目中的极限形式为$\left(\dfrac{x-1}{x+1}\right)^x$,需将其转化为类似$\left(1+\dfrac{a}{x}\right)^x$的形式,利用重要极限$\lim_{x\to\infty}\left(1+\dfrac{a}{x}\right)^x = e^a$。
- 变形处理:通过分子分母同除以$x$,或拆分表达式,提取出“$1+$小量”的结构。
- 变量替换或对数转换:若直接变形困难,可考虑取自然对数简化运算,或通过变量替换调整指数与分母的对应关系。
破题关键点:
- 将分数变形为$1 - \dfrac{2}{x+1}$,突出“$1+$小量”的结构。
- 利用等价无穷小替换或泰勒展开近似,简化对数运算。
- 注意指数与分母的同步性,确保变量替换后极限形式的等价性。
步骤1:表达式变形
将原式$\dfrac{x-1}{x+1}$改写为:
$\dfrac{x-1}{x+1} = 1 - \dfrac{2}{x+1}.$
步骤2:取自然对数
设原极限为$L$,则:
$\ln L = \lim_{x\to\infty} x \cdot \ln\left(1 - \dfrac{2}{x+1}\right).$
步骤3:泰勒展开近似
当$x$趋近于无穷大时,$\dfrac{2}{x+1}$趋近于$0$,利用$\ln(1+a) \approx a - \dfrac{a^2}{2} + \cdots$(保留一阶项):
$\ln\left(1 - \dfrac{2}{x+1}\right) \approx -\dfrac{2}{x+1} - \dfrac{2}{(x+1)^2}.$
步骤4:忽略高阶无穷小
忽略高阶项$\dfrac{2}{(x+1)^2}$,得:
$\ln L \approx \lim_{x\to\infty} x \cdot \left(-\dfrac{2}{x+1}\right) = \lim_{x\to\infty} \dfrac{-2x}{x+1}.$
步骤5:化简分式
分子分母同除以$x$:
$\dfrac{-2x}{x+1} = \dfrac{-2}{1 + \dfrac{1}{x}} \xrightarrow{x\to\infty} -2.$
步骤6:还原指数形式
因此,$\ln L = -2$,故$L = e^{-2}$。