题目
[题目] lim _(xarrow 0)(dfrac (1)({sin )^2x}-dfrac ({cos )^2x}({x)^2})= __

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,涉及三角函数的泰勒展开、洛必达法则的应用,以及代数式的化简技巧。
解题核心思路:
- 通分处理:将原式通分,转化为分子分母均为多项式的形式,便于后续展开或应用洛必达法则。
- 三角恒等式转化:利用$\sin 2x = 2\sin x \cos x$,将分子中的$\cos^2 x \sin^2 x$转化为$\dfrac{1}{4}\sin^2 2x$,简化表达式。
- 泰勒展开或洛必达法则:对分子和分母进行高阶展开,或多次应用洛必达法则,处理$0/0$型不定式,最终求出极限值。
破题关键点:
- 识别隐含的高阶无穷小关系:当$x \to 0$时,$\sin x \sim x$,但需展开到更高阶以消除低阶项的影响。
- 灵活选择方法:泰勒展开法直接展开分子分母,或通过洛必达法则逐步化简,均可解决问题。
步骤1:通分处理
原式可通分为:
$\lim_{x \to 0} \frac{x^2 - \cos^2 x \sin^2 x}{x^2 \sin^2 x}$
步骤2:三角恒等式转化
利用$\cos^2 x \sin^2 x = \dfrac{1}{4}\sin^2 2x$,分子变为:
$x^2 - \frac{1}{4}\sin^2 2x$
步骤3:泰勒展开法
当$x \to 0$时,展开$\sin 2x$和$\sin^2 x$:
- $\sin 2x = 2x - \dfrac{(2x)^3}{6} + \cdots$,故$\sin^2 2x = 4x^2 - \dfrac{16x^4}{3} + \cdots$
- $\sin^2 x = x^2 - \dfrac{x^4}{3} + \cdots$
代入分子和分母:
- 分子:$x^2 - \dfrac{1}{4}(4x^2 - \dfrac{16x^4}{3}) = \dfrac{4x^4}{3}$
- 分母:$x^2 \cdot (x^2 - \dfrac{x^4}{3}) \approx x^4$
因此,极限化简为:
$\lim_{x \to 0} \frac{\dfrac{4x^4}{3}}{x^4} = \frac{4}{3}$
步骤4(备选):洛必达法则
若应用洛必达法则,需对分子和分母求导三次,最终化简为:
$\lim_{x \to 0} \frac{4(1 - \cos 4x)}{24x^2} = \frac{4}{3}$