类似地,设f(x)在x=a处可导,且f(a)neq0,则lim_(ntoinfty)[(nint_(a)^a+frac(1)/(n)f(x)dx)(f(a))]^n=_.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查定积分与极限的结合应用,涉及泰勒展开、积分近似以及极限公式$\lim_{n \to \infty} \left(1 + \frac{k}{n}\right)^n = e^k$的灵活运用。
解题核心思路:
- 积分近似:当积分区间长度趋近于0时,利用泰勒展开将被积函数$f(x)$在$x=a$处展开,近似计算积分值。
- 化简表达式:将积分结果代入原式,通过展开和化简得到形如$\left[1 + \frac{C}{n} + \cdots \right]^n$的形式。
- 极限公式应用:利用极限公式将表达式转化为指数函数形式。
破题关键点:
- 泰勒展开的精度:需展开到一阶项,确保积分近似后的表达式能提取出主导项。
- 高阶小项的处理:忽略更高阶的小项(如$O\left(\frac{1}{n^2}\right)$),聚焦于对极限起决定作用的主项。
步骤1:泰勒展开被积函数
由于$f(x)$在$x=a$处可导,展开到一阶得:
$f(x) = f(a) + f'(a)(x - a) + O\left((x - a)^2\right).$
步骤2:积分近似
积分区间为$[a, a + \frac{1}{n}]$,代入展开式:
$\begin{aligned}\int_{a}^{a+\frac{1}{n}} f(x) \, dx &= \int_{a}^{a+\frac{1}{n}} \left[ f(a) + f'(a)(x - a) + O\left((x - a)^2\right) \right] dx \\&= f(a) \cdot \frac{1}{n} + f'(a) \cdot \frac{1}{2n^2} + O\left(\frac{1}{n^3}\right).\end{aligned}$
步骤3:代入原式并化简
将积分结果代入原式:
$\begin{aligned}\frac{n \int_{a}^{a+\frac{1}{n}} f(x) \, dx}{f(a)} &= \frac{n \left[ \frac{f(a)}{n} + \frac{f'(a)}{2n^2} + O\left(\frac{1}{n^3}\right) \right]}{f(a)} \\&= 1 + \frac{f'(a)}{2f(a) n} + O\left(\frac{1}{n^2}\right).\end{aligned}$
步骤4:应用极限公式
原式变为:
$\lim_{n \to \infty} \left[ 1 + \frac{f'(a)}{2f(a) n} + O\left(\frac{1}{n^2}\right) \right]^n.$
忽略高阶小项后,利用极限公式$\lim_{n \to \infty} \left(1 + \frac{k}{n}\right)^n = e^k$,得:
$\boxed{e^{\frac{f'(a)}{2f(a)}}}.$