极限 lim_(x to 0) (x arctan (1)/(x) - (arctan x)/(x) )=A. -1B. 1C. 0D. 2
A. $-1$
B. $1$
C. $0$
D. $2$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查极限的拆分与计算,涉及反三角函数的性质、等价无穷小替换以及左右极限的分析。
解题核心思路:
- 拆分极限:将原式拆分为两个部分分别求极限,再相减。
- 分析第一部分:利用反三角函数$\arctan$的有界性,结合无穷小量乘以有界量的性质,判断极限为0。
- 分析第二部分:通过泰勒展开或等价无穷小替换,快速求出$\arctan x$的近似表达式,进而求出极限值。
- 综合结果:将两部分的极限结果相减,得到最终答案。
破题关键点:
- 第一部分的关键在于明确$\arctan \frac{1}{x}$在$x \to 0^+$和$x \to 0^-$时的取值范围,结合$x$的无穷小性判断乘积的极限。
- 第二部分需熟练应用等价无穷小替换或泰勒展开,快速化简表达式。
将原极限拆分为两部分分别计算:
第一部分:$\lim_{x \to 0} x \arctan \frac{1}{x}$
-
当$x \to 0^+$时:
$\frac{1}{x} \to +\infty$,故$\arctan \frac{1}{x} \to \frac{\pi}{2}$,此时$x \arctan \frac{1}{x} \approx x \cdot \frac{\pi}{2} \to 0$。 -
当$x \to 0^-$时:
$\frac{1}{x} \to -\infty$,故$\arctan \frac{1}{x} \to -\frac{\pi}{2}$,此时$x \arctan \frac{1}{x} \approx x \cdot \left(-\frac{\pi}{2}\right) \to 0$。
结论:$\lim_{x \to 0} x \arctan \frac{1}{x} = 0$。
第二部分:$\lim_{x \to 0} \frac{\arctan x}{x}$
利用泰勒展开$\arctan x = x - \frac{x^3}{3} + \cdots$,当$x \to 0$时,$\arctan x \approx x$,因此:
$\frac{\arctan x}{x} \approx \frac{x}{x} = 1.$
结论:$\lim_{x \to 0} \frac{\arctan x}{x} = 1$。
综合结果
将两部分相减:
$\lim_{x \to 0} \left( x \arctan \frac{1}{x} - \frac{\arctan x}{x} \right) = 0 - 1 = -1.$