【题目】-|||-求下列极限:-|||-lim _(xarrow 1)dfrac ({x)^x-x}(ln x-x+1) .

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,特别是洛必达法则的应用,以及对复杂表达式求导的能力。
解题核心思路:
当直接代入$x=1$时,分子和分母均趋近于$0$,形成$\dfrac{0}{0}$型不定式,因此可以考虑多次应用洛必达法则。关键在于正确求导分子和分母,并在每次应用后检查是否仍满足洛必达法则的使用条件。
破题关键点:
- 识别不定式类型:确认初始为$\dfrac{0}{0}$型,启动第一次洛必达法则。
- 正确求导:对分子中的$x^x$求导时,需使用复合函数求导法则(导数为$x^x(\ln x +1)$)。
- 多次应用:第一次求导后仍为$\dfrac{0}{0}$型,需再次应用洛必达法则,最终化简得到结果。
步骤1:验证初始形式
当$x \rightarrow 1$时,分子$x^x -x =1^1 -1=0$,分母$\ln x -x +1 =0 -1 +1=0$,故为$\dfrac{0}{0}$型,可应用洛必达法则。
步骤2:第一次应用洛必达法则
分子导数:
$\frac{d}{dx}(x^x -x) = x^x(\ln x +1) -1$
分母导数:
$\frac{d}{dx}(\ln x -x +1) = \frac{1}{x} -1$
此时极限变为:
$\lim_{x \rightarrow 1} \frac{x^x(\ln x +1) -1}{\frac{1}{x} -1}$
代入$x=1$,分子为$1^1(0+1)-1=0$,分母为$1-1=0$,仍为$\dfrac{0}{0}$型,需再次应用洛必达法则。
步骤3:第二次应用洛必达法则
分子导数(对$x^x(\ln x +1) -1$求导):
$\begin{aligned}&\frac{d}{dx}\left[x^x(\ln x +1)\right] \\&= x^x(\ln x +1)^2 + x^x \cdot \frac{1}{x} \quad (\text{乘积法则}) \\&= x^x(\ln x +1)^2 + x^{x-1}\end{aligned}$
分母导数:
$\frac{d}{dx}\left(\frac{1}{x} -1\right) = -\frac{1}{x^2}$
此时极限变为:
$\lim_{x \rightarrow 1} \frac{x^x(\ln x +1)^2 + x^{x-1}}{-\frac{1}{x^2}}$
代入$x=1$:
分子为$1^1(0+1)^2 +1^{0} =1 +1=2$,分母为$-1$,故极限值为$\dfrac{2}{-1} = -2$。