以下计算正确的是 A. lim_(x to infty) x sin (1)/(x) = 1B. lim_(x to 0) x^2 sin (1)/(x) = 0C. lim_(x to 0) (tan x - sin x)/(x^3) = 0D. lim_(x to 0) (1 + x)^(2)/(x) = e^2
以下计算正确的是
- A. $\lim_{x \to \infty} x \sin \frac{1}{x} = 1$
- B. $\lim_{x \to 0} x^2 \sin \frac{1}{x} = 0$
- C. $\lim_{x \to 0} \frac{\tan x - \sin x}{x^3} = 0$
- D. $\lim_{x \to 0} (1 + x)^{\frac{2}{x}} = e^2$
题目解答
答案
解析
本题考查极限的计算方法,涉及多个重要知识点:
- 无穷小与无穷大的乘积(选项A);
- 有界函数与无穷小乘积的极限(选项B);
- 泰勒展开或等价无穷小替换(选项C);
- 指数函数的极限形式(选项D)。
解题核心思路:
- 选项A:利用$\sin y \approx y$(当$y \to 0$)简化计算;
- 选项B:通过夹逼定理判断极限;
- 选项C:展开$\tan x$和$\sin x$的泰勒多项式,化简后求极限;
- 选项D:将表达式转化为自然对数形式,利用$\lim_{x \to 0}(1+x)^{\frac{1}{x}} = e$的变形。
选项A:$\lim_{x \to \infty} x \sin \frac{1}{x} = 1$
当$x \to \infty$时,$\frac{1}{x} \to 0$,此时$\sin \frac{1}{x} \approx \frac{1}{x}$(正弦函数的小角度近似)。
代入得:
$\lim_{x \to \infty} x \cdot \frac{1}{x} = \lim_{x \to \infty} 1 = 1.$
结论:选项A正确。
选项B:$\lim_{x \to 0} x^2 \sin \frac{1}{x} = 0$
当$x \to 0$时,$\sin \frac{1}{x}$在$[-1, 1]$之间振荡,但$x^2 \to 0$。
由于$|x^2 \sin \frac{1}{x}| \leq x^2$,且$\lim_{x \to 0} x^2 = 0$,根据夹逼定理,
$\lim_{x \to 0} x^2 \sin \frac{1}{x} = 0.$
结论:选项B正确。
选项C:$\lim_{x \to 0} \frac{\tan x - \sin x}{x^3} = 0$
展开$\tan x$和$\sin x$的泰勒多项式:
$\tan x = x + \frac{x^3}{3} + O(x^5), \quad \sin x = x - \frac{x^3}{6} + O(x^5).$
相减得:
$\tan x - \sin x = \left(x + \frac{x^3}{3}\right) - \left(x - \frac{x^3}{6}\right) = \frac{x^3}{2} + O(x^5).$
代入极限:
$\lim_{x \to 0} \frac{\frac{x^3}{2} + O(x^5)}{x^3} = \lim_{x \to 0} \left(\frac{1}{2} + O(x^2)\right) = \frac{1}{2}.$
结论:选项C错误。
选项D:$\lim_{x \to 0} (1 + x)^{\frac{2}{x}} = e^2$
设$y = (1 + x)^{\frac{2}{x}}$,取自然对数:
$\ln y = \frac{2}{x} \ln(1 + x).$
当$x \to 0$时,$\ln(1 + x) \approx x$,因此:
$\ln y \approx \frac{2}{x} \cdot x = 2 \quad \Rightarrow \quad y \to e^2.$
结论:选项D正确。