题目
注 类似地,可求解下列题目 已知当x→0时,f(x)=ln(1+x)/(1-x)-2ln(x+sqrt(1+x^2))是x的n阶无穷小,则n= (A.)1. (B.)2. (C.)3. (D.)4.
注 类似地,可求解下列题目 已知当x→0时,$f(x)=\ln\frac{1+x}{1-x}-2\ln(x+\sqrt{1+x^{2}})$是x的n阶无穷小,则n= (
A.)1. (
B.)2. (
C.)3. (
D.)4.
A.)1. (
B.)2. (
C.)3. (
D.)4.
题目解答
答案
将函数 $f(x) = \ln \frac{1+x}{1-x} - 2 \ln (x + \sqrt{1+x^2})$ 进行泰勒展开:
\[
\ln \frac{1+x}{1-x} \approx 2x + \frac{2x^3}{3} + O(x^5),
\]
\[
2 \ln (x + \sqrt{1+x^2}) \approx 2x - x^3 + O(x^3).
\]
相减得:
\[
f(x) \approx \left(2x + \frac{2x^3}{3}\right) - (2x - x^3) = \frac{5x^3}{3} + O(x^3).
\]
主导项为 $\frac{5x^3}{3}$,故 $f(x)$ 是 $x$ 的 3 阶无穷小。
答案:$\boxed{C}$
解析
考查要点:本题主要考查泰勒展开法的应用,通过展开函数表达式,比较两部分展开式的差异,确定函数在$x \to 0$时的无穷小阶数。
解题核心思路:
- 分别展开两个对数函数,保留到足够高的阶数(至少到$x^3$项)。
- 相减后找出主导项,即第一个非零的项,其次数即为无穷小的阶数。
破题关键点:
- 正确展开$\ln\frac{1+x}{1-x}$和$2\ln(x+\sqrt{1+x^2})$的泰勒多项式,注意系数计算。
- 对比展开式,通过相减后的结果确定主导项的次数。
步骤1:展开$\ln\frac{1+x}{1-x}$
利用泰勒展开公式:
$\ln\frac{1+x}{1-x} = \ln(1+x) - \ln(1-x) = \left(x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \cdots\right) - \left(-x - \frac{x^2}{2} - \frac{x^3}{3} - \cdots\right)$
合并同类项后得:
$\ln\frac{1+x}{1-x} \approx 2x + \frac{2x^3}{3} + O(x^5)$
步骤2:展开$2\ln(x+\sqrt{1+x^2})$
注意到$x+\sqrt{1+x^2}$的泰勒展开为$1 + x + \frac{x^2}{2} + \cdots$,取对数后展开:
$\ln(x+\sqrt{1+x^2}) \approx x - \frac{x^3}{6} + \cdots$
乘以2得:
$2\ln(x+\sqrt{1+x^2}) \approx 2x - \frac{x^3}{3} + O(x^3)$
步骤3:计算$f(x)$的展开式
将两部分相减:
$f(x) = \left(2x + \frac{2x^3}{3}\right) - \left(2x - \frac{x^3}{3}\right) = \frac{5x^3}{3} + O(x^5)$
主导项为$\frac{5x^3}{3}$,故$f(x)$是$x$的3阶无穷小。