题目
40.(填空题,4.0分)lim_(x to infty) (sin x)/(x)=____,根据是____.
40.(填空题,4.0分)
$\lim_{x \to \infty} \frac{\sin x}{x}=$____,根据是____.
题目解答
答案
当 $x \to \infty$ 时,$\sin x$ 在 $[-1, 1]$ 内有界,而 $\frac{1}{x} \to 0$。根据无穷小与有界函数的乘积仍为无穷小的性质,可得
$\lim_{x \to \infty} \frac{\sin x}{x} = 0.$
或者,由夹逼定理,由于 $-\frac{1}{x} \leq \frac{\sin x}{x} \leq \frac{1}{x}$,且 $\lim_{x \to \infty} \left(-\frac{1}{x}\right) = \lim_{x \to \infty} \frac{1}{x} = 0$,故
$\lim_{x \to \infty} \frac{\sin x}{x} = 0.$
答案:
0,无穷小与有界函数的乘积为无穷小(或夹逼定理)。
解析
本题考查函数极限的计算,主要运用无穷小与有界函数的乘积性质或夹逼定理来求解。
方法一:利用无穷小与有界函数的乘积性质
- 首先明确有界函数的定义:对于函数$y = \sin x$,根据正弦函数的性质可知,无论$x$取何值,$\sin x$的值始终满足$-1\leqslant\sin x\leqslant1$,所以$\sin x$是有界函数。
- 然后分析$\frac{1}{x}$在$x\to\infty$时的极限:根据极限的运算法则,$\lim_{x \to \infty} \frac{1}{x}=0$,即当$x\to\infty$时,$\frac{1}{x}$是无穷小量。
- 最后根据无穷小与有界函数的乘积性质:若$\alpha(x)$是无穷小量,$f(x)$是有界函数,则$\lim_{x \to x_0} \alpha(x)f(x)=0$(这里$x_0$可以是有限值或无穷大)。在本题中,$\alpha(x)=\frac{1}{x}$,$f(x)=\sin x$,所以$\lim_{x \to \infty} \frac{\sin x}{x}=\lim_{x \to \infty} \sin x\cdot\frac{1}{x}=0$。
方法二:利用夹逼定理
- 第一步,根据正弦函数的取值范围$-1\leqslant\sin x\leqslant1$,因为$x\to\infty$,不妨设$x\gt{}0$(当$x\lt{}0$时同理),不等式两边同时除以$x$,不等号方向不变,得到$-\frac{1}{x}\leqslant\frac{\sin x}{x}\leqslant\frac{1}{x}$。
- 第二步,分别计算不等式两边函数的极限:
- 计算$\lim_{x \to \infty} \left(-\frac{1}{x}\right)$,根据极限的运算法则$\lim_{x \to \infty} k\cdot f(x)=k\cdot\lim_{x \to \infty} f(x)$($k$为常数),这里$k = -1$,$f(x)=\frac{1}{x}$,所以$\lim_{x \to \infty} \left(-\frac{1}{x}\right)=-1\times\lim_{x \to \infty} \frac{1}{x}=-1\times0 = 0$。
- 计算$\lim_{x \to \infty} \frac{1}{x}$,前面已经得出$\lim_{x \to \infty} \frac{1}{x}=0$。
- 第三步,根据夹逼定理:若在$x$的某一变化过程中,函数$f(x)$,$g(x)$,$h(x)$满足$f(x)\leqslant g(x)\leqslant h(x)$,且$\lim_{x \to x_0} f(x)=\lim_{x \to x_0} h(x)=A$($x_0$可以是有限值或无穷大),则$\lim_{x \to x_0} g(x)=A$。在本题中,$f(x)=-\frac{1}{x}$,$g(x)=\frac{\sin x}{x}$,$h(x)=\frac{1}{x}$,$x_0 = \infty$,$A = 0$,所以$\lim_{x \to \infty} \frac{\sin x}{x}=0$。