1.当x→0时,下列变量中与x²等价的无穷小量是()A. 1-cos xB. sqrt(x)+x^2C. e^x-1D. Ln(1+x).sin x
A. 1-cos x
B. $\sqrt{x}+x^{2}$
C. e$^{x}$-1
D. Ln(1+x).sin x
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查等价无穷小的判断,需要掌握常见函数的泰勒展开式及无穷小量阶的比较方法。
解题核心思路:
- 等价无穷小的定义:若 $\lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)} = 1$,则 $f(x)$ 与 $g(x)$ 在 $x \to 0$ 时为等价无穷小。
- 泰勒展开法:将各选项中的函数展开为泰勒多项式,保留到二次项,比较主部是否与 $x^2$ 相同。
- 极限计算法:直接计算各选项与 $x^2$ 的比值极限是否为1。
破题关键点:
- 选项A:利用 $\cos x$ 的展开式,主部为 $\frac{x^2}{2}$,与 $x^2$ 的比值极限为 $\frac{1}{2}$。
- 选项B:$\sqrt{x}$ 的阶低于 $x^2$,整体主部为 $\sqrt{x}$,比值极限为无穷大。
- 选项C:$e^x -1$ 的主部为 $x$,比值极限为无穷大。
- 选项D:$\ln(1+x)$ 和 $\sin x$ 的乘积主部为 $x^2$,比值极限为1。
选项分析
A. $1 - \cos x$
$\cos x$ 的泰勒展开为 $\cos x = 1 - \frac{x^2}{2} + o(x^2)$,因此:
$1 - \cos x = \frac{x^2}{2} + o(x^2).$
计算比值极限:
$\lim_{x \to 0} \frac{1 - \cos x}{x^2} = \lim_{x \to 0} \frac{\frac{x^2}{2}}{x^2} = \frac{1}{2} \neq 1.$
结论:不等价。
B. $\sqrt{x} + x^2$
当 $x \to 0$ 时,$\sqrt{x}$ 的阶为 $x^{1/2}$,远低于 $x^2$ 的阶。整体主部为 $\sqrt{x}$,因此:
$\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{x} + x^2}{x^2} = \lim_{x \to 0} \left( \frac{1}{x^{3/2}} + 1 \right) = +\infty.$
结论:不等价。
C. $e^x - 1$
$e^x$ 的泰勒展开为 $e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2} + o(x^2)$,因此:
$e^x - 1 = x + \frac{x^2}{2} + o(x^2).$
计算比值极限:
$\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{x^2} = \lim_{x \to 0} \frac{x + \frac{x^2}{2}}{x^2} = \lim_{x \to 0} \left( \frac{1}{x} + \frac{1}{2} \right) = +\infty.$
结论:不等价。
D. $\ln(1+x) \cdot \sin x$
$\ln(1+x)$ 和 $\sin x$ 的泰勒展开分别为:
$\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + o(x^2), \quad \sin x = x - \frac{x^3}{6} + o(x^3).$
乘积展开后主部为:
$\ln(1+x) \cdot \sin x = x \cdot x + o(x^2) = x^2 + o(x^2).$
计算比值极限:
$\lim_{x \to 0} \frac{\ln(1+x) \cdot \sin x}{x^2} = \lim_{x \to 0} \frac{x^2}{x^2} = 1.$
结论:等价。