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数学
题目

2.求极限lim|-1 cos^2x)

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查极限的计算,涉及三角函数的泰勒展开、等价无穷小替换以及极限的分解技巧。

解题核心思路:
将原式转化为更易处理的形式,通过分子因式分解和分母近似展开,结合极限的乘积法则,分步计算各部分的极限值。

破题关键点:

  1. 将cot²x转化为cos²x/sin²x,统一分母后通分;
  2. 分子分解为(tanx - x)(tanx + x),简化表达式;
  3. 利用tanx的泰勒展开,计算(tanx - x)/x³的极限;
  4. 结合极限的乘积法则,综合各部分结果。

原式化简:
$\begin{aligned}t &= \lim _{x\rightarrow 0}\left(\dfrac {1}{{x}^{2}}-\cot {x}^{2}x\right) \\&= \lim _{x\rightarrow 0}\left(\dfrac {1}{{x}^{2}}-\dfrac {1}{{\tan }^{2}x}\right) \\&= \lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {{\tan }^{2}x-{x}^{2}}{{x}^{2}{\tan }^{2}x}.\end{aligned}$

分子分解:
将分子$\tan^2x - x^2$分解为$(\tan x - x)(\tan x + x)$,分母近似为$x^4$(因$\tan x \sim x$):
$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {(\tan x - x)(\tan x + x)}{{x}^{4}}.$

拆分极限:
利用极限的乘积法则,拆分为两部分:
$\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {\tan x - x}{{x}^{3}} \cdot \lim _{x\rightarrow 0}\dfrac {\tan x + x}{x}.$

计算各部分极限:

  1. 第一部分:$\tan x - x \sim \dfrac{x^3}{3}$,故
    $\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac{\tan x - x}{x^3} = \dfrac{1}{3}.$
  2. 第二部分:$\tan x + x \sim 2x$,故
    $\lim _{x\rightarrow 0}\dfrac{\tan x + x}{x} = 2.$

综合结果:
两部分相乘得:
$\dfrac{1}{3} \cdot 2 = \dfrac{2}{3}.$

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