极限 lim _(xarrow infty )((dfrac {x+1)(x-1))}^x= __

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查极限的计算方法,特别是处理形如$\left(1+\frac{a}{x}\right)^x$型的极限,需要灵活运用自然对数转换或变量替换等技巧。
解题核心思路:
- 将分式$\dfrac{x+1}{x-1}$变形为$1+\dfrac{2}{x-1}$,使其接近标准形式$\left(1+\dfrac{a}{x}\right)^x$。
- 取自然对数将指数型极限转化为多项式极限,利用泰勒展开或等价无穷小简化计算。
- 通过变量替换(如令$t = x-1$)将问题转化为已知的极限形式。
破题关键点:
- 识别分式结构,将分子分母同除以$x$,分离出$1+\dfrac{2}{x-1}$的形式。
- 正确应用极限公式$\lim_{x \to \infty} \left(1+\dfrac{a}{x}\right)^x = e^a$,注意指数与分母的对应关系。
步骤1:变形分式
将分式$\dfrac{x+1}{x-1}$变形为:
$\dfrac{x+1}{x-1} = 1 + \dfrac{2}{x-1}.$
步骤2:变量替换
令$t = x-1$,当$x \to \infty$时,$t \to \infty$。原式变为:
$\left(1 + \dfrac{2}{t}\right)^{t+1} = \left(1 + \dfrac{2}{t}\right)^t \cdot \left(1 + \dfrac{2}{t}\right).$
步骤3:应用极限公式
根据极限公式$\lim_{t \to \infty} \left(1+\dfrac{a}{t}\right)^t = e^a$,得:
$\lim_{t \to \infty} \left(1 + \dfrac{2}{t}\right)^t = e^2.$
而$\lim_{t \to \infty} \left(1 + \dfrac{2}{t}\right) = 1$,因此原式极限为:
$e^2 \cdot 1 = e^2.$
步骤4:验证(自然对数法)
设原式为$L$,取自然对数:
$\ln L = x \cdot \ln\left(\dfrac{x+1}{x-1}\right) = x \cdot \ln\left(1 + \dfrac{2}{x-1}\right).$
当$x \to \infty$时,$\dfrac{2}{x-1} \to 0$,利用泰勒展开$\ln(1+y) \approx y$($y$为小量),得:
$\ln L \approx x \cdot \dfrac{2}{x-1} = \dfrac{2x}{x-1} \to 2.$
因此$L = e^2$。