题目
9.设当x→0时,int_(0)^x(e^tcos t^(2)-e^t)dt与ax^b是等价无穷小量,则(a,b)=().A. (-(1)/(6),3)B. (-(1)/(24),4)C. (-(1)/(2),5)D. (-(1)/(12),6)
9.设当x→0时,$\int_{0}^{x}(e^{tcos t^{2}}-e^{t})dt$与$ax^{b}$是等价无穷小量,则(a,b)=().
A. $(-\frac{1}{6},3)$
B. $(-\frac{1}{24},4)$
C. $(-\frac{1}{2},5)$
D. $(-\frac{1}{12},6)$
题目解答
答案
D. $(-\frac{1}{12},6)$
解析
考查要点:本题主要考查等价无穷小的判定、泰勒展开的应用以及定积分的近似计算。关键在于将被积函数展开为泰勒级数,找到主要项后进行积分,再与给定的幂函数比较。
解题思路:
- 泰勒展开被积函数:将$e^{t\cos t^2}$和$e^t$分别展开,相减后得到主要项。
- 积分近似计算:对展开后的被积函数进行积分,得到关于$x$的表达式。
- 比较阶数:根据等价无穷小的定义,确定$a$和$b$的值。
破题关键:
- 展开到足够阶数:需展开到$t^5$项,确保积分后能确定正确的阶数$b$。
- 忽略高阶小项:积分时只需保留对结果有贡献的主项。
步骤1:展开被积函数
- 展开$\cos t^2$:
$\cos t^2 = 1 - \frac{t^4}{2} + \cdots$,因此$t\cos t^2 = t - \frac{t^5}{2} + \cdots$。 - 展开$e^{t\cos t^2}$:
令$u = t - \frac{t^5}{2}$,则$e^{t\cos t^2} = e^u \approx e^t \cdot e^{-\frac{t^5}{2}} \approx e^t \left(1 - \frac{t^5}{2}\right)$(因$e^{-\frac{t^5}{2}} \approx 1 - \frac{t^5}{2}$)。 - 计算差值:
$e^{t\cos t^2} - e^t \approx e^t \left(1 - \frac{t^5}{2}\right) - e^t = -\frac{t^5 e^t}{2} \approx -\frac{t^5}{2}$(当$t \to 0$时,$e^t \approx 1$)。
步骤2:积分近似计算
对主项$-\frac{t^5}{2}$积分:
$\int_{0}^{x} -\frac{t^5}{2} \, dt = -\frac{1}{2} \cdot \frac{x^6}{6} = -\frac{x^6}{12}.$
步骤3:比较等价无穷小
积分结果为$-\frac{x^6}{12}$,与$ax^b$等价无穷小,故需满足:
$a = -\frac{1}{12}, \quad b = 6.$