15.求极限lim_(xto0)(xsin x+2cos x-2)/(x^2)-x^(2cos x).
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查利用泰勒展开法求解极限,特别是处理0/0型不定式的能力。需要掌握常见函数(如$\sin x$、$\cos x$)的泰勒展开式,并能正确截断展开式至适当阶数。
解题核心思路:
- 泰勒展开:将分子和分母中的函数展开为泰勒多项式,保留到足够高的阶数,确保展开后能约去低阶项,得到非零的最高次项。
- 比较系数:分子和分母的最高次项系数之比即为极限值。
破题关键点:
- 展开阶数:分子和分母均需展开到$x^4$项,因为低阶项在相加后会被抵消。
- 忽略高阶小项:用$o(x^4)$表示更高阶的无穷小,简化计算。
分子展开:
-
展开$x \sin x$:
$\sin x = x - \frac{x^3}{6} + \frac{x^5}{120} + o(x^5)$,
因此 $x \sin x = x \left(x - \frac{x^3}{6}\right) + o(x^4) = x^2 - \frac{x^4}{6} + o(x^4)$。 -
展开$2\cos x - 2$:
$\cos x = 1 - \frac{x^2}{2} + \frac{x^4}{24} + o(x^4)$,
因此 $2\cos x - 2 = 2\left(-\frac{x^2}{2} + \frac{x^4}{24}\right) + o(x^4) = -x^2 + \frac{x^4}{12} + o(x^4)$。 -
合并分子:
$x \sin x + 2\cos x - 2 = \left(x^2 - \frac{x^4}{6}\right) + \left(-x^2 + \frac{x^4}{12}\right) + o(x^4) = -\frac{x^4}{12} + o(x^4)$。
分母展开:
-
提取$x^2$:
$x^2 - x^2 \cos x = x^2 \left(1 - \cos x\right)$。 -
展开$1 - \cos x$:
$1 - \cos x = \frac{x^2}{2} - \frac{x^4}{24} + o(x^4)$,
因此分母为 $x^2 \left(\frac{x^2}{2} - \frac{x^4}{24}\right) + o(x^4) = \frac{x^4}{2} + o(x^4)$。
取极限:
分子和分母的最高次项均为$x^4$,系数分别为$-\frac{1}{12}$和$\frac{1}{2}$,故极限值为:
$\lim_{x \to 0} \frac{-\frac{x^4}{12} + o(x^4)}{\frac{x^4}{2} + o(x^4)} = \frac{-\frac{1}{12}}{\frac{1}{2}} = -\frac{1}{6}.$