lim _(xarrow 0)dfrac ({int )_(x)^0((e)^t+(e)^-t-2)dt}(1-cos x) ()-|||-__=()A.0B.1C.-1D.∞
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A.0
B.1
C.-1
D.∞
题目解答
答案
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选A
解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,涉及积分与无穷小量的比较,以及泰勒展开或洛必达法则的应用。
解题核心思路:
- 调整积分上下限,将分子转化为更易处理的形式;
- 利用等价无穷小替换分母 $1 - \cos x \approx \frac{x^2}{2}$;
- 通过泰勒展开或洛必达法则处理分子中的积分,化简后求极限。
破题关键点:
- 积分上下限调换后符号变化;
- 被积函数的泰勒展开简化积分计算;
- 极限化简时注意低阶项的舍去。
步骤1:调整积分上下限
原式分子为 $\int_{x}^{0} (e^t + e^{-t} - 2) dt$,调换积分上下限后符号改变:
$\int_{x}^{0} (e^t + e^{-t} - 2) dt = -\int_{0}^{x} (e^t + e^{-t} - 2) dt$
步骤2:等价无穷小替换分母
当 $x \to 0$ 时,$1 - \cos x \approx \frac{x^2}{2}$,原式变为:
$-\lim_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} (e^t + e^{-t} - 2) dt}{\frac{1}{2}x^2} = -2 \lim_{x \to 0} \frac{\int_{0}^{x} (e^t + e^{-t} - 2) dt}{x^2}$
步骤3:应用洛必达法则
分子 $\int_{0}^{x} (e^t + e^{-t} - 2) dt$ 和分母 $x^2$ 均趋近于0,对分子分母分别求导:
- 分子导数:$\frac{d}{dx} \int_{0}^{x} (e^t + e^{-t} - 2) dt = e^x + e^{-x} - 2$
- 分母导数:$\frac{d}{dx} x^2 = 2x$
应用洛必达法则后:
$-2 \lim_{x \to 0} \frac{e^x + e^{-x} - 2}{2x} = -\lim_{x \to 0} \frac{e^x + e^{-x} - 2}{x}$
步骤4:泰勒展开化简分子
将 $e^x$ 和 $e^{-x}$ 展开至二次项:
$e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2} + o(x^2), \quad e^{-x} = 1 - x + \frac{x^2}{2} + o(x^2)$
相加后:
$e^x + e^{-x} - 2 = \left(1 + x + \frac{x^2}{2}\right) + \left(1 - x + \frac{x^2}{2}\right) - 2 = x^2 + o(x^2)$
代入极限:
$-\lim_{x \to 0} \frac{x^2 + o(x^2)}{x} = -\lim_{x \to 0} x = 0$