160 求极限lim _(xarrow infty )(x)^2[ ln ((x)^2+1)-2ln x] = x]=
160 求极限
题目解答
答案
解:

解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,特别是涉及对数函数与无穷小量的处理。关键在于将复杂的表达式简化,并利用等价无穷小或泰勒展开进行近似。
解题思路:
- 对数运算化简:利用对数的性质,将表达式中的差转化为单一对数形式。
- 变量替换或等价无穷小:通过变量替换或泰勒展开,将复杂的对数表达式转化为易处理的形式。
- 极限计算:结合无穷小量的阶数,确定主导项,最终求得极限值。
破题关键:
- 对数差的化简:将 $\ln(x^2+1) - 2\ln x$ 转化为 $\ln\left(1+\frac{1}{x^2}\right)$。
- 等价无穷小替换:当 $x \to \infty$ 时,$\ln\left(1+\frac{1}{x^2}\right) \sim \frac{1}{x^2}$,从而简化计算。
步骤1:化简对数表达式
原式为:
$\lim _{x\rightarrow \infty }{x}^{2}\left[ \ln ({x}^{2}+1)-2\ln x \right]$
利用对数性质 $\ln a - \ln b = \ln \frac{a}{b}$,可得:
$\ln(x^2+1) - 2\ln x = \ln\left(\frac{x^2+1}{x^2}\right) = \ln\left(1+\frac{1}{x^2}\right)$
步骤2:变量替换与等价无穷小
令 $h = \frac{1}{x^2}$,当 $x \to \infty$ 时,$h \to 0$。此时原式变为:
$x^2 \cdot \ln\left(1+\frac{1}{x^2}\right) = \frac{\ln(1+h)}{h}$
根据泰勒展开 $\ln(1+h) \sim h - \frac{h^2}{2} + \cdots$,当 $h \to 0$ 时,$\ln(1+h) \approx h$,因此:
$\frac{\ln(1+h)}{h} \approx \frac{h}{h} = 1$
步骤3:求极限
当 $x \to \infty$ 时,$\frac{\ln(1+\frac{1}{x^2})}{\frac{1}{x^2}} \to 1$,故原式的极限为:
$\lim _{x\rightarrow \infty }{x}^{2}\left[ \ln ({x}^{2}+1)-2\ln x \right] = 1$