设f(x) =x- sin x cos x cos 2x,g(x) =x³,则当x→0时,f(x)是g(x)的 A.高阶无穷小. B.低阶无穷小. C.等价无穷小. D.同阶非等价无穷小.
设f(x) =x- sin x cos x cos 2x,g(x) =x³,则当x→0时,f(x)是g(x)的
A.高阶无穷小.
B.低阶无穷小.
C.等价无穷小.
D.同阶非等价无穷小.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查无穷小量的阶数比较,需要掌握泰勒展开或洛必达法则的应用,以及函数在$x \to 0$时的展开技巧。
解题核心思路:
- 化简函数$f(x)$:将$f(x)$展开到足够高的阶数,以便与$g(x)=x^3$比较主部。
- 比较阶数:通过泰勒展开或洛必达法则计算$\lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)}$,判断极限值是否为非零常数,从而确定同阶或等价关系。
破题关键点:
- 正确展开乘积项:需将$\sin x \cos x \cos 2x$展开到$x^3$项,不可忽略$\cos x$和$\cos 2x$中的高阶项。
- 极限计算:若极限为非零常数,则$f(x)$与$g(x)$同阶;若为1,则等价。
步骤1:展开$f(x)$
将$f(x) = x - \sin x \cos x \cos 2x$展开到$x^3$项:
- $\sin x = x - \frac{x^3}{6} + o(x^3)$
- $\cos x = 1 - \frac{x^2}{2} + o(x^2)$
- $\cos 2x = 1 - 2x^2 + o(x^2)$
乘积展开:
$\begin{aligned}\sin x \cos x \cos 2x &= \left(x - \frac{x^3}{6}\right)\left(1 - \frac{x^2}{2}\right)\left(1 - 2x^2\right) \\&= \left(x - \frac{x^3}{6}\right)\left(1 - \frac{5x^2}{2} + o(x^2)\right) \\&= x - \frac{8x^3}{3} + o(x^3)\end{aligned}$
因此,
$f(x) = x - \left(x - \frac{8x^3}{3}\right) + o(x^3) = \frac{8x^3}{3} + o(x^3)$
步骤2:计算极限$\lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)}$
$\lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{x^3} = \lim_{x \to 0} \frac{\frac{8x^3}{3} + o(x^3)}{x^3} = \frac{8}{3}$
结论:
极限值$\frac{8}{3}$为非零常数,说明$f(x)$与$g(x)$同阶,但因不等于1,故非等价。