1.求极限lim_(xto0)([x-ln(x+sqrt(1+x^2))]sin x^2)/([x-ln(1+x)](arctan x-x)).
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查利用泰勒展开求极限的方法,涉及多个函数的泰勒展开式及其主部的提取,以及分式极限的化简技巧。
解题核心思路:
- 识别各部分主部:将分子和分母中的每个因子分别展开为泰勒多项式,找到它们的主部(即最低次幂的项)。
- 代入化简:将各部分的主部代入原式,约去相同次幂的项,最终得到极限值。
破题关键点:
- 函数展开的准确性:正确展开$\ln(x+\sqrt{1+x^2})$、$\ln(1+x)$、$\arctan x$的泰勒多项式。
- 主部提取:明确各展开式中对极限起决定作用的最低次幂项。
- 符号处理:注意展开式中的符号,避免计算错误。
分子部分展开
-
$x - \ln(x+\sqrt{1+x^2})$
令$\ln(x+\sqrt{1+x^2}) = \sinh^{-1}x$,其泰勒展开为:
$\sinh^{-1}x = x - \frac{x^3}{6} + O(x^5)$
因此:
$x - \sinh^{-1}x = x - \left(x - \frac{x^3}{6} + O(x^5)\right) = \frac{x^3}{6} + O(x^5)$
主部为$\frac{x^3}{6}$。 -
$\sin x^2$
当$x \to 0$时,$\sin x^2 \sim x^2$(等价无穷小替换)。
主部为$x^2$。
分母部分展开
-
$x - \ln(1+x)$
$\ln(1+x)$的泰勒展开为:
$\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} + O(x^4)$
因此:
$x - \ln(1+x) = x - \left(x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} + O(x^4)\right) = \frac{x^2}{2} - \frac{x^3}{3} + O(x^4)$
主部为$\frac{x^2}{2}$。 -
$\arctan x - x$
$\arctan x$的泰勒展开为:
$\arctan x = x - \frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{5} + O(x^7)$
因此:
$\arctan x - x = -\frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{5} + O(x^7)$
主部为$-\frac{x^3}{3}$。
代入化简
将各主部代入原式:
$\begin{aligned}\lim_{x \to 0} \frac{\left(\frac{x^3}{6}\right) \cdot x^2}{\left(\frac{x^2}{2}\right) \cdot \left(-\frac{x^3}{3}\right)} &= \lim_{x \to 0} \frac{\frac{x^5}{6}}{-\frac{x^5}{6}} \\&= \lim_{x \to 0} \frac{1/6}{-1/6} \\&= -1.\end{aligned}$