题目
设连续函数f(x)满足lim_(xto0)[(f(x))/(x)-(1)/(ln(1+x))]=1,求lim_(xto0)[sqrt(1-2x)+xf(x)]^(ln(1+x))/(x-tan x)
设连续函数f(x)满足$\lim_{x\to0}\left[\frac{f(x)}{x}-\frac{1}{\ln(1+x)}\right]=1$,求$\lim_{x\to0}\left[\sqrt{1-2x}+xf(x)\right]^{\frac{\ln(1+x)}{x-\tan x}}$
题目解答
答案
为了解决给定的问题,我们从分析给定的极限条件开始,然后使用它来找到所需的极限。
给定:
\[
\lim_{x \to 0} \left[ \frac{f(x)}{x} - \frac{1}{\ln(1+x)} \right] = 1
\]
首先,我们使用 $\ln(1+x)$ 的泰勒级数展开:
\[
\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + O(x^3)
\]
因此,
\[
\frac{1}{\ln(1+x)} = \frac{1}{x - \frac{x^2}{2} + O(x^3)} = \frac{1}{x} \cdot \frac{1}{1 - \frac{x}{2} + O(x^2)} = \frac{1}{x} \left(1 + \frac{x}{2} + O(x^2)\right) = \frac{1}{x} + \frac{1}{2} + O(x)
\]
将此代入给定的极限,我们得到:
\[
\lim_{x \to 0} \left[ \frac{f(x)}{x} - \left( \frac{1}{x} + \frac{1}{2} + O(x) \right) \right] = 1
\]
简化括号内的表达式,我们有:
\[
\lim_{x \to 0} \left[ \frac{f(x) - 1}{x} - \frac{1}{2} + O(x) \right] = 1
\]
由于 $O(x) \to 0$ 当 $x \to 0$,我们可以忽略它:
\[
\lim_{x \to 0} \left[ \frac{f(x) - 1}{x} - \frac{1}{2} \right] = 1
\]
两边同时加上 $\frac{1}{2}$,我们得到:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{f(x) - 1}{x} = \frac{3}{2}
\]
这意味着 $f(x)$ 在 $x = 0$ 处的导数是 $\frac{3}{2}$,并且我们可以将 $f(x)$ 写为:
\[
f(x) = 1 + \frac{3}{2}x + o(x)
\]
现在,我们需要找到极限:
\[
\lim_{x \to 0} \left[ \sqrt{1-2x} + xf(x) \right]^{\frac{\ln(1+x)}{x-\tan x}}
\]
首先,我们简化底数 $\sqrt{1-2x} + xf(x)$:
\[
\sqrt{1-2x} = 1 - x + O(x^2)
\]
\[
xf(x) = x \left(1 + \frac{3}{2}x + o(x)\right) = x + \frac{3}{2}x^2 + o(x^2)
\]
将这些相加,我们得到:
\[
\sqrt{1-2x} + xf(x) = 1 - x + x + \frac{3}{2}x^2 + O(x^2) + o(x^2) = 1 + \frac{3}{2}x^2 + O(x^2)
\]
接下来,我们简化指数 $\frac{\ln(1+x)}{x-\tan x}$:
\[
\tan x = x + \frac{x^3}{3} + O(x^5)
\]
\[
x - \tan x = x - \left(x + \frac{x^3}{3} + O(x^5)\right) = -\frac{x^3}{3} + O(x^5)
\]
\[
\frac{\ln(1+x)}{x-\tan x} = \frac{x - \frac{x^2}{2} + O(x^3)}{-\frac{x^3}{3} + O(x^5)} = \frac{x \left(1 - \frac{x}{2} + O(x^2)\right)}{-\frac{x^3}{3} \left(1 + O(x^2)\right)} = \frac{1 - \frac{x}{2} + O(x^2)}{-\frac{x^2}{3} \left(1 + O(x^2)\right)} \approx -\frac{3}{x^2}
\]
现在,极限变为:
\[
\lim_{x \to 0} \left[ 1 + \frac{3}{2}x^2 + O(x^2) \right]^{-\frac{3}{x^2}}
\]
设 $y = \frac{3}{2}x^2 + O(x^2)$。那么 $y \to 0$ 当 $x \to 0$,极限可以重写为:
\[
\lim_{y \to 0} \left[ 1 + y \right]^{-\frac{3}{x^2}} = \lim_{y \to 0} \left[ 1 + y \right]^{-\frac{3}{x^2}} = \lim_{y \to 0} \left[ 1 + y \right]^{-\frac{3}{2y + O(x^2)} \cdot \frac{2y + O(x^2)}{x^2}} = \lim_{y \to 0} \left[ \left[ 1 + y \right]^{-\frac{1}{y}} \right]^{\frac{3}{2 + O(x^2)} \cdot \frac{3}{2}} = e^{-\frac{9}{2}}
\]
因此,答案是:
\[
\boxed{e^{-\frac{9}{2}}}
\]