题目
5.求极限 lim _(xarrow infty )x(sin dfrac (2)(x)-sin dfrac (1)(2x)).

题目解答
答案

解析
本题考查利用等价无穷小替换和洛必达法则求极限的知识。解题思路是先将原式变形为$\frac{0}{0}$型的极限,然后使用洛必达法则对分子分母分别求导,最后代入极限值求解。
- 变形为$\frac{0}{0}$型极限:
已知原式为$\lim _{x\rightarrow \infty }x(\sin \frac {2}{x}-\sin \frac {1}{2x})$,当$x\rightarrow \infty$时,$\frac{2}{x}\rightarrow 0$,$\frac{1}{2x}\rightarrow 0$,$\sin\frac{2}{x}\rightarrow 0$,$\sin\frac{1}{2x}\rightarrow 0$,此时原式为$\infty\times0$型。
为了使用洛必达法则,将其变形为$\frac{0}{0}$型,即$\lim _{x\rightarrow \infty }\frac{\sin \frac {2}{x}-\sin \frac {1}{2x}}{\frac{1}{x}}$。 - 使用洛必达法则求导:
根据洛必达法则,对于$\frac{0}{0}$型的极限$\lim\limits_{x\rightarrow a}\frac{f(x)}{g(x)}$,有$\lim\limits_{x\rightarrow a}\frac{f(x)}{g(x)}=\lim\limits_{x\rightarrow a}\frac{f^\prime(x)}{g^\prime(x)}$。
对分子$\sin \frac {2}{x}-\sin \frac {1}{2x}$求导,根据复合函数求导公式$(f(g(x)))^\prime=f^\prime(g(x))\cdot g^\prime(x)$可得:
$(\sin \frac {2}{x}-\sin \frac {1}{2x})^\prime=\cos\frac{2}{x}\cdot(-\frac{2}{x^2}) - \cos\frac{1}{2x}\cdot(-\frac{1}{2x^2})=-\frac{2}{x^2}\cos\frac{2}{x}+\frac{1}{2x^2}\cos\frac{1}{2x}$
对分母$\frac{1}{x}$求导,$(\frac{1}{x})^\prime=-\frac{1}{x^2}$。
则$\lim _{x\rightarrow \infty }\frac{\sin \frac {2}{x}-\sin \frac {1}{2x}}{\frac{1}{x}}=\lim _{x\rightarrow \infty }\frac{-\frac{2}{x^2}\cos\frac{2}{x}+\frac{1}{2x^2}\cos\frac{1}{2x}}{-\frac{1}{x^2}}$。 - 化简并求极限:
将上式分子分母同时乘以$-x^2$进行化简,可得:
$\lim _{x\rightarrow \infty }\frac{-\frac{2}{x^2}\cos\frac{2}{x}+\frac{1}{2x^2}\cos\frac{1}{2x}}{-\frac{1}{x^2}}=\lim _{x\rightarrow \infty }(2\cos\frac{2}{x}-\frac{1}{2}\cos\frac{1}{2x})$
当$x\rightarrow \infty$时,$\frac{2}{x}\rightarrow 0$,$\frac{1}{2x}\rightarrow 0$,根据余弦函数的连续性$\lim\limits_{u\rightarrow 0}\cos u=\cos0 = 1$,可得:
$\lim _{x\rightarrow \infty }(2\cos\frac{2}{x}-\frac{1}{2}\cos\frac{1}{2x})=2\cos0 - \frac{1}{2}\cos0=2\times1 - \frac{1}{2}\times1=2 - \frac{1}{2}=\frac{3}{2}$