5.求极限 lim _(xarrow +infty )((sqrt [x]{x)-1)}^dfrac (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$1^\infty$型不定式的技巧,以及利用自然对数和等价无穷小进行化简的能力。
解题核心思路:
- 识别极限类型:原式为$(\sqrt[x]{x} -1)^{1/x}$,当$x \to +\infty$时,$\sqrt[x]{x} \to 1$,因此底数趋近于$0$,指数趋近于$0$,属于$0^0$型不定式。
- 对数转换:通过取自然对数将原式转化为指数函数形式,简化计算。
- 等价无穷小替换:利用$x^{1/x} = e^{\frac{\ln x}{x}} \approx 1 + \frac{\ln x}{x}$展开,将底数近似为$\frac{\ln x}{x}$。
- 极限化简:结合指数函数的连续性,最终通过计算指数部分的极限得出结果。
破题关键点:
- 正确展开$x^{1/x}$,将其转化为$1 + \frac{\ln x}{x}$。
- 合理处理自然对数后的表达式,利用$\ln(ab) = \ln a + \ln b$拆分项。
- 判断高阶无穷小的忽略条件,简化极限表达式。
设原式为$L = \lim _{x\rightarrow +\infty }{(\sqrt [x]{x}-1)}^{\dfrac {1}{x}}$,步骤如下:
步骤1:取自然对数
对$L$取自然对数:
$\ln L = \lim_{x \to +\infty} \frac{1}{x} \ln \left( x^{1/x} - 1 \right).$
步骤2:展开$x^{1/x}$
利用$x^{1/x} = e^{\frac{\ln x}{x}}$,当$x \to +\infty$时,$\frac{\ln x}{x} \to 0$,因此:
$x^{1/x} - 1 \approx e^{\frac{\ln x}{x}} - 1 \approx \frac{\ln x}{x} + \frac{(\ln x)^2}{2x^2} + \cdots \approx \frac{\ln x}{x}.$
步骤3:代入近似表达式
将$x^{1/x} - 1 \approx \frac{\ln x}{x}$代入$\ln L$:
$\ln L \approx \lim_{x \to +\infty} \frac{1}{x} \ln \left( \frac{\ln x}{x} \right).$
步骤4:拆分对数
拆分对数项:
$\ln \left( \frac{\ln x}{x} \right) = \ln (\ln x) - \ln x.$
步骤5:计算极限
代入后得:
$\ln L = \lim_{x \to +\infty} \frac{\ln (\ln x) - \ln x}{x}.$
当$x \to +\infty$时,$\ln (\ln x)$增长远慢于$\ln x$,因此分子近似为$-\ln x$,故:
$\ln L \approx \lim_{x \to +\infty} \frac{-\ln x}{x} = 0.$
步骤6:还原结果
因此:
$L = e^{\ln L} = e^0 = 1.$