4.极限lim_(xtoinfty)((3x+1)/(3x))^2x的值为()。A. e^2B. e^(1)/(2)C. e^-(1)/(2)D. e^(2)/(3)
A. $e^{2}$
B. $e^{\frac{1}{2}}$
C. $e^{-\frac{1}{2}}$
D. $e^{\frac{2}{3}}$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,特别是涉及指数函数形式的极限求解方法。需要掌握重要极限公式的应用,以及自然对数与指数函数的转换技巧。
解题核心思路:
当遇到形如$\lim_{x \to \infty} \left(1 + \frac{a}{x}\right)^{kx}$的极限时,可将其转化为自然指数形式,利用已知极限$\lim_{x \to \infty} \left(1 + \frac{1}{x}\right)^x = e$进行求解。关键步骤包括:
- 将底数变形为$1 + \frac{1}{\text{某项}}$的形式;
- 利用泰勒展开或等价无穷小替换简化对数表达式;
- 结合指数与对数的运算性质求解最终结果。
步骤1:将原式转换为自然指数形式
原式为:
$\lim_{x \to \infty} \left( \frac{3x+1}{3x} \right)^{2x} = \lim_{x \to \infty} \exp\left( 2x \cdot \ln\left( \frac{3x+1}{3x} \right) \right)$
步骤2:化简对数内的表达式
将分数变形为:
$\frac{3x+1}{3x} = 1 + \frac{1}{3x}$
当$x \to \infty$时,$\frac{1}{3x} \to 0$,利用泰勒展开或等价无穷小替换:
$\ln\left(1 + \frac{1}{3x}\right) \approx \frac{1}{3x}$
步骤3:代入并计算极限
将近似结果代入原式:
$\lim_{x \to \infty} 2x \cdot \frac{1}{3x} = \frac{2}{3}$
因此,原极限为:
$\exp\left(\frac{2}{3}\right) = e^{\frac{2}{3}}$