(5) lim _(xarrow infty )((dfrac {2x+3)(2x+1))}^x+1;

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查指数函数的极限,特别是形如$\lim_{x \to \infty} \left(1 + \frac{a}{x}\right)^x = e^a$的变形与应用,以及对数化简和等价无穷小替换的技巧。
解题核心思路:
- 取自然对数将指数形式转化为乘积形式,简化极限计算。
- 变形分式,将底数写成$1 + \frac{\text{常数}}{x}$的形式,便于应用等价无穷小替换。
- 化简极限表达式,结合泰勒展开或直接展开,求出对数后的极限值,最后取指数得到结果。
破题关键点:
- 识别未定式$1^\infty$,必须通过变形转化为标准形式。
- 正确展开对数函数,利用$\ln(1 + a) \approx a - \frac{a^2}{2}$(当$a \to 0$时)。
- 准确处理高阶小项,忽略对最终结果无影响的高阶无穷小。
设原式为$L = \lim_{x \to \infty} \left( \frac{2x+3}{2x+1} \right)^{x+1}$,步骤如下:
步骤1:取自然对数
对$L$取自然对数:
$\ln L = \lim_{x \to \infty} (x+1) \cdot \ln \left( \frac{2x+3}{2x+1} \right)$
步骤2:变形分式
将分式变形为$1 + \frac{2}{2x+1}$:
$\ln \left( \frac{2x+3}{2x+1} \right) = \ln \left( 1 + \frac{2}{2x+1} \right)$
步骤3:泰勒展开对数
当$x \to \infty$时,$\frac{2}{2x+1} \to 0$,利用泰勒展开$\ln(1 + a) \approx a - \frac{a^2}{2}$:
$\ln \left( 1 + \frac{2}{2x+1} \right) \approx \frac{2}{2x+1} - \frac{(2)^2}{2(2x+1)^2} = \frac{2}{2x+1} - \frac{2}{(2x+1)^2}$
步骤4:代入并化简
将展开式代入$\ln L$:
$\ln L = \lim_{x \to \infty} (x+1) \left( \frac{2}{2x+1} - \frac{2}{(2x+1)^2} \right)$
当$x \to \infty$时,$2x+1 \approx 2x$,近似化简为:
$\ln L \approx \lim_{x \to \infty} (x+1) \left( \frac{1}{x} - \frac{1}{2x^2} \right) = \lim_{x \to \infty} \left( 1 + \frac{1}{x} - \frac{1}{2x} - \frac{1}{2x^2} \right)$
忽略高阶无穷小后,极限值为$1$。
步骤5:取指数得结果
因此,$L = e^{\ln L} = e^1 = e$。