236综合题 设函数f(x)在点x=0处连续可导,且f(0)=1,f'(0)=4,则lim_(xto0)[f(sin x)]^(1)/(2x)=().A. 1B. eC. e^(1)/(2)D. e^2
A. 1
B. e
C. $e^{\frac{1}{2}}$
D. $e^{2}$
题目解答
答案
解析
本题考查函数连续性、导数定义以及重要极限公式的应用。解题的关键思路是先对原式进行变形,使其符合重要极限$\lim\limits_{t\to0}(1 + t)^{\frac{1}{t}} = e$的形式,再利用函数在某点的导数定义来计算极限。
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首先对原式进行变形:
设$y = [f(\sin x)]^{\frac{1}{2x}}$,两边取自然对数可得$\ln y=\frac{1}{2x}\ln f(\sin x)$。
那么$\lim\limits_{x\to0}[f(\sin x)]^{\frac{1}{2x}}=\lim\limits_{x\to0}y = e^{\lim\limits_{x\to0}\ln y}=e^{\lim\limits_{x\to0}\frac{\ln f(\sin x)}{2x}}$。 -
然后对$\lim\limits_{x\to0}\frac{\ln f(\sin x)}{2x}$进行处理:
因为$f(0)=1$,所以$\ln f(\sin x)=\ln(1 + f(\sin x)-1)$。
当$x\to0$时,$\sin x\to0$,进而$f(\sin x)-1\to f(0)-1 = 0$,此时$\ln(1 + f(\sin x)-1)\sim f(\sin x)-1$(等价无穷小替换)。
则$\lim\limits_{x\to0}\frac{\ln f(\sin x)}{2x}=\lim\limits_{x\to0}\frac{f(\sin x)-1}{2x}$。 -
接着利用导数定义进一步计算:
令$t = \sin x$,当$x\to0$时,$t\to0$,且$\sin x\sim x$(等价无穷小替换)。
$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(\sin x)-1}{2x}=\lim\limits_{x\to0}\frac{f(\sin x)-f(0)}{2\sin x}\cdot\frac{\sin x}{x}$。
根据导数的定义$f^\prime(0)=\lim\limits_{t\to0}\frac{f(t)-f(0)}{t}$,这里$t = \sin x$,所以$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(\sin x)-f(0)}{\sin x}=f^\prime(0)$。
又因为$\lim\limits_{x\to0}\frac{\sin x}{x}=1$,则$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(\sin x)-f(0)}{2\sin x}\cdot\frac{\sin x}{x}=\frac{1}{2}\lim\limits_{x\to0}\frac{f(\sin x)-f(0)}{\sin x}\cdot\lim\limits_{x\to0}\frac{\sin x}{x}=\frac{1}{2}f^\prime(0)\times1$。 -
最后代入$f^\prime(0)=4$计算:
$\frac{1}{2}f^\prime(0)=\frac{1}{2}\times4 = 2$。
所以$\lim\limits_{x\to0}[f(\sin x)]^{\frac{1}{2x}}=e^{\lim\limits_{x\to0}\frac{\ln f(\sin x)}{2x}}=e^{2}$。