题目
求极限lim _(xarrow 0)cot x(dfrac (1)(sin x)-dfrac (1)(x)) ()-|||-__ __
求极限
题目解答
答案
将其化简可得:



(等价无穷小替换)
(洛必达法则)
(等价无穷小替换)

解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,涉及等价无穷小替换、洛必达法则以及分式的化简技巧。
解题核心思路:
- 化简表达式:将$\cot x$写成$\frac{\cos x}{\sin x}$,并通分括号内的部分,得到统一的分式形式。
- 替换等价无穷小:利用$\sin x \sim x$(当$x \to 0$时),简化分母中的$\sin^2 x$为$x^2$。
- 处理分子$x - \sin x$:通过泰勒展开或洛必达法则,将$x - \sin x$转化为更高阶的无穷小,最终结合分母$x^3$求极限。
破题关键点:
- 识别分式结构,通过通分将复杂表达式转化为可处理的形式。
- 灵活应用等价无穷小替换,简化计算步骤。
- 多次使用洛必达法则,解决$\frac{0}{0}$型不定式。
原式化简:
$\begin{aligned}\lim _{x\rightarrow 0}\cot x\left(\dfrac {1}{\sin x}-\dfrac {1}{x}\right) &= \lim _{x\rightarrow 0}\dfrac{\cos x}{\sin x} \cdot \left(\dfrac{x - \sin x}{x \sin x}\right) \\&= \lim _{x\rightarrow 0}\dfrac{\cos x \cdot (x - \sin x)}{x \sin^2 x}.\end{aligned}$
等价无穷小替换:
当$x \to 0$时,$\sin x \sim x$,$\cos x \sim 1$,因此分子$\cos x \cdot (x - \sin x) \sim x - \sin x$,分母$x \sin^2 x \sim x \cdot x^2 = x^3$,即:
$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac{x - \sin x}{x^3}.$
泰勒展开或洛必达法则:
- 泰勒展开:$\sin x = x - \dfrac{x^3}{6} + o(x^3)$,故$x - \sin x = \dfrac{x^3}{6} + o(x^3)$,代入得:
$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac{\dfrac{x^3}{6}}{x^3} = \dfrac{1}{6}.$ - 洛必达法则(两次应用):
$\begin{aligned} \lim _{x\rightarrow 0}\dfrac{x - \sin x}{x^3} &= \lim _{x\rightarrow 0}\dfrac{1 - \cos x}{3x^2} \quad (\text{第一次求导}) \\ &= \lim _{x\rightarrow 0}\dfrac{\sin x}{6x} \quad (\text{第二次求导}) \\ &= \dfrac{1}{6}. \end{aligned}$